DE2555675A1

DE2555675A1 - Abtastender roentgenuntersuchungsapparat

Info

Publication number: DE2555675A1
Application number: DE19752555675
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kemner; Frans Wessel Zonneveld
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1976-06-24
Also published as: SE7514415L; JPS5439717B2; FR2296185B1; GB1537833A; CA1063733A; FR2296185A1; BE836964A; IT1052722B; NL7416756A; BR7508524A; ES443741A1; JPS5189320A; US4051377A

Description

4-12-^1975 Anmelde;: ».¥. Philips' Soitapenfabrfltl«

"Abtastender Ron t ge nun t er sxichungs apparat"

Die Erfindxmg betrifft eine Anordnung zur. Messung stellenweiser Absorptionsunterschiede in einem Körper mit einer Strahlenquelle zum Erzeugen eines den Körper durchstrahlenden Strahles, einer Abtastanordnung und einer Detektoranordnung z\im Detektieren austretender Strahlung.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der britischen Patentschrift Nr. 1 283 415 bekannt. In einer dort beschriebenen Anordnung wird ein Korper, insbesondere ein Teil'des menschlichen Körpers, für medizinische Untersuchung mit einem Strahlenbündel durchstrahlt, das den Körper abtastet. Bei einer Reihe unterschiedener S trahltmgs rieh txxngen wird dabei die Intensität des vom Korper durchgelassenen Strahles gemessen und axifgezeichnet. Aus diesen Messdaten wird

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anschliessend mit Hilfe einer Rechenanordnung die Absorption von Teilelementen des zu untersuchenden Körpers bestimmt. Aus diesen Absorptionsdaten werden mögliche Anomalien im Körper ermittelt, geortet und häufig auch qualifiziert und quantifiziert. Ein Nachteil bekannter Anordnungen ist die verhältnismässig hohe Dosenstrahlung, die für eine vollständige Unterstichung verabreicht werden muss. Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen, ohne dass dadxirch die Genatiigkeit oder die Empfindlichkeit der Anordnung nachteilig beeinfliisst wird.

Eine Anordnung der eingangs erwähnten Art is~t erfindungsgemäss dadtirch gekennzeichnet, dass mit der Oetektoranordnung eine Regelanordnung dazu gekoppelt ist, mit Hilfe des Detektorsignales durch Anpassung der stellenweisen auffallenden Dosis die Intensität des austretenden Strahles während der ganzen Abtastung wenigstens nahezxi konstant zu halten.

Da in einer erfindungsgemässen Anordnung die Intensität des atistretenden Strahles in eingen Grenzen konstant ist, lässt sich über das ganze abzutastende Feld eine optimale Detektion durch optimale Anpassung der Oetektoranordnung·an diese Intensität leicht verwirklichen. Die geringe Dynamik der Detektoranordmmg ergmöglicht es, sie auf eine hohe Empfindlichkeit einzustellen, ohne dass die Gefahr einer Uebersteuerung auftritt. Durch Anpassung der Je Oberflächeneinheit auffallenden Strahlungsmenge.an eine für Detektion vor-

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teilhafte, jedoch minimale Austrittsintensität tritt in beztig atif eine für die Messgenaiiigkeit erwünschte Intensität an keiner Stelle Ueberdosierung a\if. Dadurch ist die gesamte Strahlungsmenge, die für eine vollständige Abtastung erforderlich ist, in bezug auf bekannte Anordnung bedeutend reduziert. Umgekehrt kann bei gleichbleibender, insgesamt auffallender Dosis durch den stellenweise konstanten Wert des austretenden Intensität ein Bild mit höherer Güte verwirklicht werden. Auch erübrigen sich in einer erfindxmgsgemässen Anordnung Vorkehrungen zum Abschirmen direkter Durchstrahlung, also der neben dem zti untersuchenden Körper fallenden Strahlung,

In einer bevorztigten Ausführungsform nach der Erfindung wird zum Konstanthalten der Austrittsintensität die Intensität des aiiffallenden Strahles stellenweise angepasst.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird dazu die Abtastgeschwindigkeit des auffallenden Strahles angepasst.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform . wird dazu unter Verwendung einer pulsierenden Strahl\mgsquelle die Wiederholtingsfreqiienz oder die Impulsbreite des auffallenden Strahles angepasst.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung und einiger bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. T eine skizzierte.Darstellung einer

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erfindungsgemässen bevorziigten Anordnung.

In Fig. 1 sind eine Strahlenquelle 1 mit

einer Blende und ein Detektox- 3 mit einer Blende k einer erfindungsgeniassen bevorzugten Ausführung angegeben. Die Strahlenquelle ist hier eine Röntgenröhre mit einer Anode 5 imd einer Heizdraht kathode 6. Die Qtielle kann auch einen natürlichen Strahler, beispielsweise einen Gammastrahler, einen Elektronen- oder Neutronenstrahler, enthalten. Der Detektor ist der Art der zu verwendenden Strahlung angepasst und enthält für elektromagnetische Strahlen, wie Röntgen- und Gammastrahlen, beispielsweise einen Szintillationskristall mit einem Photovervielfacher oder einem dieser Strahlimg angepassten Halbleiterdetektionselement und für Teilchenstrahlung einen daran angepassten Halbleiterdetektor* Zwischen der Strahlenquelle und dem Detektor, die in der skizzierten bevorzugten Ausführung mit Hilfe eines Bügels 7 miteinander starr verbunden sind, kann ein zu untersuchendes Objekt 8 angeordnet werden.

Die Strahlenquelle tind der Detektor können, von einer Antriebsvorrichtung 9 gemeinsam angetrieben, in bezug auf das zu untersuchende Objekt bewegt werden, wie beispielsweise mit den Pfeilspitzen 10 für translatorische Bewegung und mit den Pfeilspitzen 11 für Rotation um das Objekt 8 angegeben. Ein Ausgang des' Detektors 3 ist mit einer Verstärkeranordnung 12 verbunden j beispielsweise einem Operationsverstärker, in dem über einen Einschlxxss . 13 ein Bezugssignal einstellbar

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ist. Der Ausgang des Verstärkers ist über eine Regelanordnung 14 beispielsweise mit einem Servomechanismus mit der Speisequelle 15 für die Röntgenröhre verbunden. Im Betrieb wird ein Bezxigssignal eingestellt, das in der Verstärkeranordnung während der ganzen Aufnahme mit dem vom "Detektor z*i liefernden Signal verglichen wird. Das Detektionssignal wird bei einer festen Intensität eines von der Strahlenqxielle zxi liefernden Strahlenbündels
nur durch Unterschied in der Absorption in jener Spalte des Körpers schwanken, die sich momentan zwischen der
Blende 2 der Quelle lind der Blende k des Detektors befindet. Dieser Absorptionsunterschied wird sowohl durch die Abmessung des Objektes in der betrachteten Spalte
als auch durch stellenweisen Unterschied im Absorptionskoeffizienten im Objekt bestimmt.

Ein Unterschied zwischen dem Detektionssignal und dem Bezugssignal steuert über die Regelanordnung 14 die Speisequelle 15 für die Röntgenröhre. Für Variation im Detektionssignal infolge Variation in der Strahlintensität der Strahlenquelle kann ausgeglichen werden, beispielsweise durch Anordnung eines Detektors in
einem Teil des Strahlenbündels, der den Objekt nicht
trifft. Ein aais diesem Detektor gewonnenes Signal kann
mit dem Bezugssignal in Zusammenhang gebracht werden.

Aus der Speisequelle 15 wird beispielsweise der Heizdrahtstrom für die Kathode der Röntgenröhre derart geregelt, dass die aus dem Objekt heraustretende
Strahlungsintensität nahezu konstant ist.

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O Das Steuersignal kann auch zinn Stetiern der

Hochspannung der Röntgenröhre benutzt werden, wodurch ebenfalls eine Variation im Strahlenbündel atiftritt. Der Nachteil, dass dabei nicht nur die Intensität, sondern auch die Wellenlängenverteilung der erzeugten Röntgenstrahlung variiert, kann durch den Einsatz von Filtern beseitigt werden.

In einer bevorzugten Ausführangsform wird, immer wenn sich die hinter dem Objekt gemessene Dosis an eine von dieser Referenz gegebenen Dosis angleicht, beispielsweise die Hochspanmmg einer Röntgenröhre als Strahlungsquelle ausgeschaltet. Hierdurch wird erreicht, dass das Ausgangssignal hinter dem Objekt immer konstant ist, während die Absorρtionsvariation im Objekt eine Variation in der Ptilsbreite des Steuersignals ergibt. Eine durch. Schwankungen inder Hochspannung verursachte Abweichung der Impulsbreitenvariation im Steuersignal ist dabei durch eine Regelschaltung eliminierbar. In dieser Regelschaltung wird bei konstant gehaltener Ausgangsdosis die auffallende Dosis gemessen, oder besser aus einer Messung der von der Quelle zu liefernden Strahlung abgeleitet, die nicht wirksam verwendet wird. Die nicht benutzte Dosis ist bei den vorliegenden Anordnungen in beztig auf den wirksam benutzten Teil der Strahlung gross und ist dafür unter allen praktischen Umstanden ein gutes Mass. Zur Messung dieser Dosis kann beispielsweise ein Ringdetektor. 20 (Dosimeter) an der Quellenseite einer den Strahl begrenzenden Blende

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angeordnet sein. Axis Berechnungen kann jetzt abgelei'tet werden, dass, wenn die auffallende "Dosis in bezug auf das Steuersignal, also in bezug auf den Unterschied
zwischen die Bezxigsdosis und die Ausgangsdosis, gross ist, die Absorption im Objekt mir vom Verhältnis zwischen der auffallenden Dosis, die also immer genau gemessen wird, und"einer vom Bezugssignal gegebenen Dosis,
die exakt eingestellt wird, abhängig ist. Schwankungen in der Strahlenlieferung der Quelle üben dabei keinen nachteiligen Einfluss auf die Messgenatiigkeit bzw. auf die Impulsbreitenverhältnisse des für weitere Verarbeitung zu verwendenden Steuersignals aus. Mit Hilfe
des Steuersignals kann auch der Elektronenstrahl, der in der Röntgenröhre die Röntgenstrahlen freimacht,
derart abgelenkt oder defbkussiert werden, dass eine
Schwankung in der Intensität des axis tretenden Röntgenstrahles wenigstens im nützlich zu gebrauchenden Teil des Strahls entsteht. Gerade beim Gebraxich eines verhältnismässig schmalen Strahles ist die Inhomogenität in der Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt vernachlässigbar klein. Zum Defokussieren oder Ablenken des Elektronenstrahles kann in der Röntgenröhre, in
diesem Falle vorzugsweise in einer gittergesteuerten
Röhre, eine zusätzliche Elektrode oder ein zusätzliches Elektrodensystem angeordnet sein. Diskrepanzen in der Messung mit Hilfe des bereits erwähnten zweiten Detektors für den xingehemmt durchgehenden Strahl können durch eine Kalibrierungstnessung leicht korrigiert werden. Letzt-

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genannte Methode bietet über den früher erwähnten Methoden den Vorteil, dass nahezu keine Yerzögerung in der Steuerung aiif tritt. Bei Anwendtmg des Röntgenstrahles durch Heizstromschwankung tind Hochspannun^sschwankung kann eine derartige Verzögerung gewiss auftreten. Für die gute Wirkung der erfindxmgsgemassen Anordnung ist dies jedoch kein Nachteil. Im Ausgangssignal werden dadurch zwar schnelle verhältnismässig geringe Schwankungen auftreten, aber diese haben keinen bedeutenden Einfluss auf die Strahlendosis. Aus diesen schnellen Schwankungen kann ein Korrektursignal hergeleitet werden, mit dem das Stexiersignal derart korrigierbar ist, dass für Weiterverarbeitung dieses Signales für die Absorptionsbestimmungen diese Störung axisgeglichen wird,

Bas Steuersignal ist ein Mass für die aufgetretene Absorption und wird für Aufzeichnung und Weiterverarbeitung einem Register 16 zugeführt. Mit einer Rechenanordnung 17 wird daraus auf bekannte Weise die Absorption von Teilelementen des zu untersuchenden Körpers berechnet. Die Ergebnisse dieser Berechnung können an. einem Monitor 18 dargestellt werden. Vorzugsweise wird am Monitor in einem Mosaiknmster die Dichteverteilung einer Scheibe des zu untersuchenden Körpers dargestellt. "Das Mosaikmuster wird dabei beispielsweise durch Vierecke mit in bezug auf den zu untersuchenden Körper kleinen Rippen von beispielsweise 3 mm und mit einer Scheibendicke von beispielsweise 8 mm gebildet. Eine Kopplung 1°- zwischen dem Abtastmechanismus und der

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Aufzeichenanordnung legt dabei das Verhältnis zwischen der Lage im Körper der darzustellenden Scheibe des Körpers fest.

In einer weiteren Ausfüiirungsf orm einer

erfindungsgeniässen Anordnung wird mit dem Steuersignal die Abtastgeschwindigkeit der Anordnung gestetaert. Aiieh dadurch kann eine konstante Ausgangsintensität verwirklicht werden. Die Intensität des aiiffallenden Strahles ist dabei für das ganze abzutastende Feld konstant, . abe"r durch Schwankung in der Zeitdatier für Abtastung einer Teilstrecke schwankt dennoch die eingestrahlte Dosis. Hierdurch ist wiederum eine Ersparung an Gesamtdosis tind eine Zeitersparung erreicht worden. Nachteile möglicher Verzögerung in der Steuerung können völlig analog der bereits beschriebenen Methode für schnelle Schwankungen beseitigt werden. Diese Methode eignet sich besonders zum Anwenden in Anordnungen, in denen eine schwer steuerbare Quelle, beispielsweise ein radioaktives Präparat, angewandt wird.

In einer Anordnung, in der mit einer pulsierenden Quelle gearbeitet wird, kann das Steuersignal zum Beeinf Itxssen der Frequenz der Impulse oder der Impulsbreite angewandt werden. Eine derartige Anordnung ist für Untersuchungen an periodisch bewegenden Körperteilen, wie dem Herzen, äusserst günstig. Diirch Anpassung der Abtastfigur und -der Impulswirkung der Quelle aneinander kann dabei die Bewegung des pulsierenden Körperteiles eliminiert werden und es entsteht also

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eine mit dem Herzschlag synchronisierte Abtastung. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, die aus der bereits erwähnten britischen Patentschrift 1 283 ^15 bekannte Simul tanabtastungsanordmmg z\i verwenden, d.h. die Anordnung, in der mit einem divergierenden Strahl eine Scheibe des Körpers simultan
durchstrahlt und eine Abtastbewegung nur für Uebergang auf eine folgende Scheibe durchgeführt wird.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

(\.J Anordnung zum Messen stellenweiser Absorptionsunterschiede in einem Körper mit einer Strahlenquelle zum Erzeugen eines den Korper durchstrahlenden Strahles, einer Abtastanordnung und einer "Detektoranordnung zum Detektieren austretender Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Detektoranordnung eine Regelanordnung gekoppelt ist, um mittels des Detektionssignals durch Anpassung der stellenweise auffallenden Dosis die Intensität des austretenden Bündels während der ganzen Abtastung wenigstens nahezu konstant zu halten. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadux^ch gekennzeich-r

net, dass die Regelanordnung mit einer Speiseqtielle für eine mit einer thermischen Kathode ausgerüstete Strahlenquelle gekoppelt ist und eine vom Detektionssignal gesteuerte Heizstromregelung enthält.

3· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung mit einer Speisequelle für eine Hochspannungsstrahlenquelle gekoppelt ist und eine vom Detektor signal gesteiierte Hochspannungsregelung enthält.

k. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle mit elektronenoptischen Elementen zum Erzeugen und Steuern eines Strahls geladener Teilchen versehen ist und die Regelanordnung eine vom Detektionssignal zu steuernde Erregungsquelle für ein dazu geeignetes elektronenoptisches Element enthält. 5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung mit einem Ein/Aus-

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Schalter für die Strahlenquelle gekoppelt und das Steuersignal durch Impulsbreitenverhältnisse bestimmt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung mit der Abtastanordnung gekoppelt ist und einen Mechanismus für die Regelung der Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Detektorsignal enthält.

7« Anordnung nach Anspruch 1, dadtirch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle für pulsierende Erregung ausgerüstet ist und das Oetektionssignal eine Regelanordnung für die Wiederholungsfreq\ienz oder die Impulsbreite der Erregung stetiert.

8. Anordnung nach Anspruch 7* dadiirch gekennzeichnet, dass eine Synchronisationsanordnung z\im Einstellen der Erregung der Strahlenquelle und der Abtastung aufeinander vorgesehen ist.

9· Anordnung nach Anspruch 8, dadtirch gekennzeichnet, dass ein zusätzlich zuztiführender Synchronisationsimpuls die Phase der Erregung der Strahlenquelle mit der Abtastung koppelt.

10, Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Absorption das Steuersignal einer Aufzeichnungsanordnung zuführbar ist. .

11. Anordming nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass ein der Aufζeichnungsanordnung zuzuführendes Signal aus Elementen des Detektionssignals

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und Elementen des Steuersignal zusammengestellt ist.' 12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadtirch gekennzeichnet, dass eine Detektoranordnung zur Bestimmung der auf den Körper fallenden Strahlendosis vorgesehen ist.

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