SE505925C2 - Metod och anordning för att detektera och analysera röntgenstrålning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 555 925 2 hos ett röntgenspektrum, maximal rörspänning över röntgenröret, doshastigheten från röntgenröret, röntgenrörets och röntgengeneratorns funktion, upplösningsförmågan av röntgenröret, modulationsöver- föringsfunktionen, exponeringstiden, etc.

Fotonfluensen från ett röntgenrör som används inom medicinsk radiologi är mycket hög. För att kunna analysera fotonenergispektra i ett primär-strålknippe från ett konventionellt röntgenrör är det därför ofta nödvändigt att använda mycket fin kollimering av strâlknippet (0.025-0.5 mm) samt ett fokus- detektoravstând på flera meter. Detta gör att mätförfarandet blir omständligt och tidsödande.

En metod för att bestämma röntgen-spektrums utseende har utvecklats vid universitetet i Linköping (se SE 454 390, Matscheko och Ribberfors 1987). Detta kan ske genom att mäta den spridda strålningen från en sekundärspridare, en s.k. Comptonspektrometer, och i efterhand uppskatta hur spektrat ser ut. Denna metod är till synes mycket kostnadskrävande då den dels kräver halvledardetektorer som behöver kylning, exempelvis genom flytande kväve, och dels avancerad puls-mätutrustning. Vidare kan apparaturen anses som tämligen skrymmande, p.g.a. av dess storlek och vikt.

Ett annat sätt för att detektera röntgenstrålning är känt från US-patentet 4,472,728, som beskriver en röntgenspektrometer uppbyggd av en halvledarmatris för förbättrad energi och rumsupplösning. Emellertid visar US-patentet 4,472,728 endast hur själva halvledarmatrisen är uppbyggd och inte hur själva mätningen kan genomföras.

Ytterligare ett sätt att detektera röntgenstrâlning beskrivs i SE-C2-502 298, som beskriver ett sätt för att bestämma storleken och/eller läget av ett röntgenrörs fokus. Detta sker genom att strålningen från röntgenröret 10 15 20 25 30 35 505 925 3 leds genom en spalt. Den bild av strålen som alstras genom att leda strålen genom spalten detekteras m.h.a. linjedetektorelement, vilka är parallellt anordnade med spalten så att strålkällans utbredning i spaltens tvärriktning kan avbildas eller uppmätas. Emellertid kommer den infallande strålningen, genom spalten, att snedställas och därmed kommer även den strålning som sprids i den omgivande luften att detekteras. Detta innebär således att den spridda strålningen inte längre kan hänföras från röntgenröret. Anledningen till detta fenomen beror främst 'på att en spalt är en långsmal öppning och bidrar till en mindre noggrannhet vid en mätning.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en metod och en anordning som ökar mätnoggrannheten och underlättar mätningen av olika samband med parametrar som kan förekomma i röntgenstrålning. Parametrarna kan exempelvis vara utseendet hos ett röntgenspektrum, maximal rörspänning över doshastigheten från röntgenröret, röntgenröret, röntgenrörets och röntgengeneratorns funktion, exponeringstiden, etc.

Med maximal rörspänning över röntgenröret avses den högsta energini.röntgenspektret. Doshastigheten från röntgenröret är proportionell mot ytan under röntgenspektret.

Röntgenrörets och funktion kan analyseras ur spektrums utseende, bl.a. är det möjligt att röntgengeneratorns studera hur lågenergidelen av spektrumet ser ut samt om spektrumet innehåller några diskontinuiteter.

Exponeringstiden är tiden mellan registreringen av strålningen börjar och då denna upphör.

Ytterligare ett syfte är att anordningen skall kunna vara portabel, d.v.s. liten till storlek och vikt. 10 15 20 25 30 35 5ll5 925 4 I enlighet med föreliggande uppfinning uppnås dessa ovan nämnda syften genom att tillhandahålla en metod i enlighet med patentkrav 1 och en anordning i enlighet med patentkrav 9.

Föredragna utföringsformer för metoden och anordningen, i enlighet med uppfinningen, anges i detalj i respektive underkrav.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj från den följande beskrivningen av en föredragen utföringsforuxvisad som exempel med hänvisning till bifogade ritningar, där: Fig. 1 visar en utföringsform över en anordning för att detektera och analysera röntgenstrålning i enlighet med föreliggande uppfinning; Fig. 2 visar ett spektrum över ett röntgenrör; Fig. 3 visar ett diagram över en linjespridningsfunktion i ett röntgenrör; Fig. 4 visar ett diagram över Foriertransformen till linjespridningsfunktionen i figur 3; Fig.5a visar ett flödesschema över en singeldetektor; Fig.5b visar en presentation av det resultat som erhållits från singeldetektorn; FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER: Med hänvisning till figur 1 visas en anordning för att detektera och analysera röntgenstrålning i enlighet med föreliggande uppfinning. Anordningen kan vara försedd med ett eller flera detektorelement, visas ej, som anordnas i 10 15 20 25 30 35 505 925 5 anslutning till ett röntgenrör 10 för att detektera den utstrålade röntgenstrålningen. Detekteringsenheten 20 kan vidare anslutas till en behandlingsenhet 50, vilket exempelvis kan utgöras av en dator som företrädesvis är av bärbar typ, d.v.s. portabel, för att behandla den information som erhålles från detekteringsenheten 20.

Företrädesvis anordnas detekteringsenheten direkt i strålfältet till nämnda röntgenstrålning. I det fall då de signaler som kommer från detekteringsenheten 20 är analoga och behandlingsenheten inte är försedd med medel för att hantera analoga signaler, kan det vara lämpligt att anordna (ADC) 40 detekteringsenheten 20 och behandlingsenheten 50, för att en analog-digital-omvandlare mellan kunna hantera dessa signaler.

Detekteringsenheten 20 kan vara utformad som en nmtris eller en vektor anordnad med ett eller flera detektorelement. Med vektor'menas att detektorelementen kan placeras i en rad efter varandra och i fallet med en matris menas att detektorelementen kan placeras i flera rader efter varandra. Dessa detektorelement kan exempelvis utgöras av halvledardetektorer. Vidare kan en eller flera kollimatorer 30 anordnas framför detekteringsenheten 20.

Ifall detekteringsenhetens 20 detektorelement är utformade som en vektor är det möjligt att avgöra ett flertal parametrar genom behandlingsenheten 50 för att kunna utföra en kvalitéts-kontroll av t.ex. mammografiutrustning. I det andra fallet då detekteringsenhetens 20 detektorelement är'utformade son\en matris är det dessutom möjligt att erhålla, genom behandlingsenheten 50, en röntgenbild eftersom den i detta fall kan tillhandahålla en tillräckligt hög upplösning för att åstadkomma en visualisering av ett objekt. Det är även röntgen- och möjligt, i viss utsträckning, att åstadkomma en visualisering då detekteringsenhetens 20 detektorelement är utformade som en vektor, fast upplösningen kan vara mindre 10 15 20 25 30 35 sos 925 6 och brukar oftast inte täcka in ett lika stort område som i fallet då en matris används.

Kollimatorn 30 enligt uppfinningen som kan placeras framför detekteringsenheten 20 avbildar strålningen huvudsakligen punktformigt på nämnda detektorelement och kan därigenom erhålla en hög mätnoggrannhet. På så sätt undvikes det problem som annars uppstår då den infallande strålningen, leds genom en spalt, d.v.s. att strålningen snedställs och sprider strålningen i den omgivande luften. En kollimator 30 kan utgöras av en cirkulär öppning, som exempelvis kan ha en diameter på mellan 0,1-2,0 mm, företrädesvis 0,5-1,5 mm och helst 1,0 mm. Det går även att använda andra former på kollimatorn 30 såsom en omskriven polygonformig öppning, t.ex. triangulär, kvadratisk, hexagon, etc.

Ifall flera kollimatorer 30 används kan dessa anordnas parallellt detektorelement, för att exempelvis kunna bestämma framför en matris eller vektor av upplösningsförmåga, modulationsöverföringsfunktion och fokusstorlek. Antalet kollimatorer kan variera mellan 10-100 stycken, företrädesvis mellan 30-70 stycken och helst 50 stycken. Storleken på detektorelementen kan varieranællanl0um-l,0mm,företrädesvisnællan0,1mm-0,9mm och helst mellan 0,25mm-0,50mm. Storleken på kollimatorerna är huvudsakligen något mindre än detektorelementen.

Mätningen som sker i detektorelementen med hjälp av flera kollimatorer 30 kan gå till på så sätt att då röntgenstrålning träffar kollimatorerna 30 fortsätter strålningen genom kollimatorerna och detekteras, under ett visst tidsintervall (företrädesvis mellan 20-1000ms), av de detektorelement som befinner sig därefter.

Detektorelementen skickar sedan dessa signaler vidare genom att skifta ut skiftregister, till ADC:n 40 och vidare in till ett minne signalerna, exempelvis m.h.a. ett (visas ej) som antingen är externt eller internt anslutet 10 15 20 25 30 35 505 925 till behandlingsenheten 50, för att kunna bestämma en intensitetkurva, ävenikallad för linjespridningsfuktion. Ur linjespridningsfuktionen kan sedan upplösningen FWHM (Full Width at Half Maximum), FWTM (Full Width at Tenth Maximum) och Fouriertransformen av linjespridningsfunktionen (MTF), etc. erhållas, genom en beräkningsalgoritm som i sig är känd teknik och kommer därför ej att beskrivas närmare.

Upplösningen kan erhållas genom att mäta halvvärdesbredden av linjespridningsfunktionen, d.v.s. FWHM (Full Width Half Maximum).

Istället för att använda flera detektorelement framför ett flertal kollimatorer 30, är det möjligt att placera endast ett detektorelement, som exempelvis är anordnad på en skena försedd med en stegmotor kopplad till någon form av styrelektronik. På så sätt kan detektorelementet flyttas i sidled och uppnå samma resultat som j. fallet då flera detektorelement används. På motsvarande sätt kan endast en kollimator 30 anordnas på en skjutbar platta. En tredje tänkbar variant kan vara att endast en kollimator 30 och ett detektorelement är skjutbart anordnade för att åstadkomma en rörelse i sidled och erhålla samma resultat enligt fallet då flera detektorelement används.

I det fall då är önskvärt att använda endast en kollimator 30, vilken även kan benämnas som singelkollimator, kan det vara tillräckligt med att anordna denna framför endast ett detektorelement, för att exempelvis kunna bestämma röntgenspektrum, absorberad stråldos, maximal rörspänning över röntgenröret 10, exponeringstid, filtrering av strålningen, doshastigheten från röntgenröret 10, samt röntgenrörets 10 och röntgengeneratorns kondition.

Mätningen som sker i detektorelementet med hjälp av singelkollimatorn 30, kan gå till på så sätt att strålningens intensitet mätes, under hela exponeringen av röntgen. Intensiteten kan mätas under korta tidsintervall, 10 15 20 25 30 35 CD \O PJ Lfl 8 företrädesvis mellan 0,1-10 us, helst mellan 1-5 us. Efter mätningen kan värdena från detektorelementet skickas ut till ADC:n 40 och vidare in till ett minne, exempelvis ett buffertminne, som sorterar signalerna med avseende på energiinnehåll. Minnet kan antingen placeras externt eller internt i behandlingsenheten 50.

En av behandlingsenhetens 50 huvudsakliga funktioner är att analysera/behandla den information som erhålles från varje detektorelement. Vidare kan behandlingsenheten 50 vara försedd med visualiseringsmedel 60, vilket exempelvis kan utgöras av en bildskärm och/eller en display, där de olika parametrarna som nämnts ovan kan presenteras.

Den information som kommer in till behandlingsenheten 50 från detektorenheten kommer att lagras i ett elektroniskt minne, bearbetas mjukvarumässigt.oclnpresenteras exempelvis numeriska i form av olika diagram, olika indikatorer, värden, etc.

I behandlingsenheten 50 är det t.ex. möjligt att registrera från 10, röntgenspektrats utseende, mängden energi som kommer ut röntgenröret röntgenrörets 10 rörspänning, röntgenrörets 10 upplösnings-förmåga, exponeringstid, etc.

Det är även möjligt att analysera diskontinuiteter i röntgenspektrat. kunna bestämma exponeringstiden kan tiden ett För att t.ex. från det att detektorelement, som är försedd med en singelkollimator 30, till det att maximala rörspänningen över röntgenröret 10 kan erhållas första fotonen registrerats i ingen strålning längre detekteras. Den genom att ta ut den högsta energin från röntgenspektrat, se även figur 2. Doshastigheten från röntgenröret är proportionell mot ytan under röntgenspektret och kan kalibreras, se även den streckade delen i figur 2. 10 15 20 25 30 35 505 925 9 Röntgenrörets 10 och röntgengeneratorns funktion kan analyseras ur spektrumets utseende, bl.a. är det möjligt att studera hur lågenergidelen av spektret ser ut samt om spektrumet innehåller några diskontinuiteter.

Röntgenrörets 10 upplösningsförmåga kan erhållas genom halvärdesbredden av signalintensiteten under singelkollimatorerna i detektorelementen (s.k. linjespridningsfunktion LSF), se även figur 3.

Modulationsöverföringsfunktionen som anger röntgen- apparaturens totala frekvensupplösande förmåga kan erhållas genom Fouriertransformen av LSF, se även figur 4.

I figur Sa visas ett exempel på ett flödesschema över en singeldetektor. Singeldetektorn i detta fall avser en mätning med en singelkollimator 30. Mätningen går till på så sätt att då röntgenstrålning träffar singelkollimatorn 30 fortsätter strålningen genom singelkollimatorn 30 och registreras av den detektor som befinner sig därefter.

Detektorn skickar sedan dessa signaler vidare till ett minne, som antingen är externt eller internt anslutet till behandlingsenheten 50, för att dels kunna bestämma en exponeringstid och dels räkna ut spektrat över röntgenröret 10. Exponeringstiden i detta fall är den tid detektorn exponeras, d.v.s. tiden mellan start och stopp. Ur spektrat kan sedan absorberad dos, röntgenrörets kondition, maximal accelerationsspänning [kVp], minsta energin i spektrumet, etc. erhållas, genom en beräkningsalgoritm som i sig är känd teknik och kommer därför ej att beskrivas närmare.

Absorberad dos i detta fall är den yta som bildats under spektrat, d.v.s. den yta som avgränsas mellan axlarna i figur 5b, benämnda som Intensitet och E [keV] (E = energi).

Behandlingsenheten 50 bör vara kalibrerbar mot denna absorberade dos, genom att jämföra ytan under spektrumet mot en eller flera kända absorberade doser. Röntgenrörets 10 kondition avgörs genom att räkna ut lutningen på 10 15 20 25 30 505 925 10 spektrat, som också bör vara kalibrerbar i behandlingsenheten 50 genom att jämföra lutningen av lågenergidelen av spektrumet mot referensvärden från nya röntgenrör. Röntgenstrålningens totala filtrering kan bestämmas genom att bestämma den minsta energin som finns i spektrumet. Den minsta energin bör kunna kalibreras i behandlingsenheten 50 mot total filtrering. Med filtrering avses en metall som kan placeras mellan ett röntgenrör och ett objekt, detektorelement, eller liknande. Filtret kan utgöras av en exempelvis ett kvinnobröst, ett eller flera metaller såsom exempelvis aluminium, molybden, rodium, koppar eller motsvarande.

Figur 5b visar ett exempel på hur en presentation av det resultat som erhållits från singeldetektorn, d.v.s. röntgenrörets 10 spektra och uträknade parametrar, genom visualiseringsmedel 60, vilket exempelvis kan utgöras av en bildskärm och/eller en display. Detta visualiseringsmedel kan ingå i behandlingsenheten 50. Energin (E) i diagrammet visas i keV, den maximala accelerationsspänningen i keV, den absorberade dosen i mSv och filtreringen i mmAl.

Fastän de visade utföringsformerna av den föreliggande uppfinningen har beskrivits i detalj med hänvisning till de medföljande figurerna måste det inses att uppfinningen inte begränsas till dessa specifika utföringsformer och att olika förändringar eller modifikationer kan åstadkommas av en fackman utan att avvika från omfånget som definieras av de följande patentkraven. Exempelvis behöver inte detektorelementen utgöras av halvledardetektorer utan kan även utgöras av exempelvis en fotografisk film.

Claims (4)

1. 0 15 20 25 30 35 505 925 ll PATENTKRAV: 1. Metod för att detektera och analysera röntgenstrålning med en detektorenhet (20) som är placerad i anslutning till nämnda röntgenstrålning, varvid nämnda detekteringsenhet (20) är ansluten till en behandlingsenhet (50) för att behandla den information som erhålles från nämnda detekteringsenhet (20), varvid nämnda detekteringsenhet (20) placeras direkt i strålfältet till röntgenstrålning, där detekteringsenheten (20) är utformad nämnda som en matris eller en vektor försedd med ett eller flera detektorelement, och att nämnda behandlingsenhet (50) behandlar den information som erhålles från varje detektorelement i detekteringsenhet (20), kännetecknad därav,attenkollimator(30) nämnda är placerad framför nämnda detekteringsenhet (20) på så sätt att strålningen genom nämnda kollimator (30) avbildas huvudsakligen punktformigt på nämnda detektorelement.

2. En metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (50) registrerar röntgenspektrats utseende.

3. En metod enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (50) analyserar diskontinuiteter i röntgenspektrat.

4. En metod enligt patentkrav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda detektorelement utgörs av halvledardetektorer. 10 15 20 25 30 35 I 6. En Ses 925 12 5. En metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (50) registrerar mängden.energi som kommer ut från ett röntgenrör (10). meatcnd enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (50) registrerar röntgenrörets (10) rörspänning. 7. En metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (50) registrerar röntgenrörets (10) upplösningsförmåga genom att mäta halvvärdesbredden av signalintensiteten hos röret (10). 8. En metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (50) registrerar exponeringstiden då detektorelementen exponeras av röntgenstrålning. 9. En metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (50) är försedd med visualiseringsmedel (60) vilket utgörs av en bildskärm och/eller en display. 10. Anordning för att detektera och röntgenstrålning med en detektorenhet (20) som är anordnad analysera i anslutning till nämnda röntgenstrålning, varvid nämnda detekteringsenhet (20) är ansluten till en behandlingsenhet (50) för att behandla den information som erhålles från nämnda detekteringsenhet (20), detekteringsenhet (20) är anordnad direkt i strålfältet varvid nämnda till nämnda röntgenstrålning, att detekteringsenheten (20) är utformad som en matris eller en vektor anordnad med ett flertal detektorelement och att nämnda behandlingsenhet 10 15 20 505 925 13 (50) är inrättad att analysera/behandla information som erhålles från k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att en kollimator varje detektorelement, (30), vilken är utformad så att strålningen avbildas huvudsakligen punktformigt på nämnda detektorelement, är anordnad framför nämnda detekteringsenhet (20). ll. En k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att anordning enligt patentkrav 10, nämnda detektorelement utgörs av halvledardetektorer. 12. En anordning enligt patentkrav 10 eller 11, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (50) är anordnad med visualiseringsmedel (60) vilket utgörs av en bildskärm och/eller en display. 13. En anordning enligt patentkrav 10, 11 eller 12, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda behandlingsenhet (S0) är portabel. 14. En anordning enligt patentkrav 10, 11, 12 eller 13, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda kollimator (30) är huvudsakligen utformad som en cirkel eller en omskriven polygon. '¿