NL8004727A - Stralingsonderzoekapparaat met spleetvormige bundel. - Google Patents

Description

* * PHN 9820 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Stralingsonderzoekapparaat met spleetvormige bundel.

De uitvinding betreft een stralingsonderzoekapparaat met een, van een spleetvormige collimator voorziene stralingsbron, een stralings-detéktor, een objectdrager en een aftastmechanisme voor aftasting -van een te onderzoeken object met een uit de stralingsbron tredende spleet-5 vormige stralingsbundel.

Een dergelijk stralingsonderzoekapparaat is bekend uit US 4.179.100. In een aldaar beschreven apparaat bevat de detektor een scintillator, een optisch afbeeldingssysteem en een array van foto-dioden voor het detekteren van uit de scintillator tredend licht.

10 In een dergelijk apparaat treedt, door de lenskoppeling tussen de scintillator en de fotodioden een beduidend lichtverlies op. Hierdoor wordt de versterkerruis bepalend voor de ruis in het te vormen beeld. Gewenst is, dat, vooral voor medische toepassingen, de ruis van het gehele detektiesysteem zo gering is, dat de ruis in de te detekteren 15 straling ruisbepalend voor het beeld is. Dan immers is de situatie bereikt waarbij met een minimale stralingsbelasting voor de patient gewerkt kan worden. Ook is het gewenst, dat in een relatief korte tijd een opname kan worden gemaakt zonder dat daarvoor een extreem hoge bron belasting nodig is.

2o De uitvinding beoogt aan deze eis tegemoet te kernen en daartoe heeft een stralingsonderzoekapparaat van de in de aanhef genoemde soort tot kenmerk, dat het detektiesysteem is voorzien van een beeldversterkerbuis, een televisieopneemibuis en een niet sferisch optisch stelsel voor het vormen van een althans nagenoeg vierkante 25 afbeelding van een langgerekt scintillatoruitgangsvlak.

Doordat in een stralingsonderzoekapparaat volgens de uitvinding gebruikt wordt gemaakt van een beeldversterker met bijvoorbeeld een honderdvoudige eigenversterking en het langgerekte scintillatoruitgangsvlak als een vierkant op de cpneembuis wordt geprojecteerd, 35 kan met een relatief lage dosis gemeten worden en kan in combinatie met een hoog contrast worden gerealiseerd. De signaal-ruis verhouding kan daarbij nog worden verbeterd door in de opneembuis langzame aftasting (slow scan) toe te passen, bijvoorbeeld 1250 lijnen in twee 80 0 4 72 7 EHN 9820 2 i *· "i maal de normale beeldaftasttijd.

In een voorkeursuitvoering volgens de uitvinding in het bron- detektorsysteem zodanig roteerbaar cm het voorwerpspunt van de bron opgesteld, dat met een slingerbeweging cm dat punt in een 5 richting dwars op de lengterinditing van de bundel een veld van bij- 2 voorbeeld 40 x 35 cm wordt afgetast. Alle medische interessante objecten zoals organen etc. kunnen aldus in een enkelvoudig meetproces worden af geteeld.

Door als scintillatiemateriaal Csl te gebruiken en daarop 10 het in GB 1,380.186 beschreven craquelê proces toe te passen, kan overspraak tussen beeldelementen onderling, sterk worden gereduceerd.

Een aangepaste methode daarvan kan worden toegepast voor het vormen van een scintillator die in een lengterichting bijvoorbeeld een dertigtal optisch gescheiden lijnen toont.

15 In een verdere voorkeursuitvoering is de bron stuurbaar met een frequentie van bijvoorbeeld vier pulsen met een pulsduur van 5 msec, per sec. waardoor met een translatieve beweging van bijvoorbeeld 4 cm per sec. met 40 pulsen, dus 40 afbeeldingen van bijvoorbeeld 30 2 lijnen, een gebied van 35 x 40 cm wordt afgetast.

20 In een verdere uitvoeringsvorm is de televisiecpneembuis uit gerust voor aftasting zonder interliniering van een veld in bijvoorbeeld 1250 lijnen die dwars pp de lengterichting van de afbeelding van het detektoruitgangsvlak zijn gericht, waardoor de signaalverwerkings-snelheid van het detektiesysteem is aangepast aan bijvoorbeeld een 25 magnetisch schijf geheugen.

In een verdere uitvoeringsvorm zijn de scintillator en de helderheids versterker gezamenlijk vervangen door een röntgenbeeld-versterkerbuis, bijvoorbeeld een 14" buis zoals beschreven in de Engelse cotrooiaanvrage nr. 2.006.518.

30 In een verdere voorkeursuitvoering bevat het apparaat meerdere, bijvoorbeeld langs een lijn in de lengterichting van de detektor gerangschikte bronposities waardoor op de meets ignalen tono-synthese kan werden toegepast en aldus beelden van verschillende hoogtedoorsneden kunnen worden gevormd overeenkomstig de methode zoals 35 beschreven in GB 1.332.280.

Een verdere voorkeursuitvoering is uitgerust voor het meten met straling van meerdere, bijvoorbeeld twee,onderscheiden golflengten 8004727 V* PHN 9820 3 waardoor bijvoorbeeld substractiebeelden kunnen worden gevormd of waarbij zowel op dichtheid van bepaalde moleculen dan wel qp elektronendichtheid kan worden gediscrimineerd en een direkt verband tussen diagnose en stralingstherapie kan worden gelegd.

5 In het onderstaande worden aan de hand van de tekening enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader beschreven. De tekening toont een schematische weergave van een stralingsonderzoek-apparaat volgens de uitvinding.

Een stralingsonderzoekapparaat als weergegeven in de tekening 10 bevat een röntgenbron 2 met een anode 4 en een cathode 6. Een van de cathode uitgaande elektronenbundel 8 treft de anode, welke hier als rotemede anode is uitgevoerd, in een tref vlek 10 en wekt daar een röntgenstralenbundel 12 op met, in goede benadering, de tref vlek 10 als voorwerpspunt. De bundel 12 passeert een collimator 14, hier aangegeven 15 als twee opvolgende diafragma's. Met de collimator wordt een waaiervormige vlakke bundel 16 uitgesneden voor het doorstralen van een qp een object-drager 18 gelegen patient 20. Voor het detekteren van doorgaande straling bevat het apparaat een strook scintillatiemateriaal 22 een niet sferisch optisch lenssysteem 24, een lichtversterker 26 en een televisieopneenr 20 buis 28. Het lenssysteem 24, in principe een cylinder lens, vormt van een uitgangsvlak 30 van de scintillator 22 een althans ongeveer vierkante afbeelding op een ingangsscherm 32 van de lichtversterker. De lichtversterker vormt van het ingangsbeeld een versterkt beeld op een uitgangs-scherm 34 daarvan. Dit beeld wordt met een lensoptisch systeem of een 25 vezeloptiekplaat overgedragen op een ingangsscherm 36 van de televisie-opneembuis 28. De televisieopneembuis is bijvoorkeur een frogshead "plumbicon" (45 QX). Zoals door de N.V. Philips qp de markt wordt gebracht, met welke buis beelden met een oplossend vermogen tot nagenoeg 2000 lijnen kunen worden gevormd. Voor de signaalverwerking bevat het 30 apparaat een videoversterker 40, een analoog- digitaal omzetter 42 en een centrale computer 44, bijvoorbeeld een Philips "P 854". Aan de centrale computer zijn verder aangesloten; een bijvoorkeur digitaal optisch registratiesysteem 46 voor het opslaan van informatie, een signaalonvormer 48 met een monitor 50 voor etalering, een magnetische 35 schijf-registratiesysteem 52, een signaalomvormer 54 met een high resolution monitor 56 en een inrichting 58 voor het vormen van hard copies van de beelden. In de stralengang na de patient is een opnemer 60 8004727 PHN 9820 4 voor het sturen van een generator 62 voor de röntgenbron opgencanen.

Een bijvoorbeeld mechanische koppeling 64 draagt er zorg voor dat bij het aftasten de bron 2 van het detektorsysteem 66 een onderling vaste geometrie aanhouden; welke funktie ook vervuld kan worden door een 5 elektronische schakeling. Het bewegingsmechanisme is gekoppeld met de generator 62 ten einde een goede synchronisatie tussen aftasten en bronaktivering te garanderen. De Collimator 14 vormt een waaiervormige röntgenbundel 16 waarvan de dwarsafmetingen, na het passeren van een te onderzoeken object ter plaatse van de detektor 22, overeenkomen met 10 een aktief ingangsvlak 23 van de detektor. Dit vlak is bijvoorbeeld 35 a 40 cm lang en 1 cm breed. Als scintillatiemateriaal kan gebruik gemaakt worden van Csl dat vanwege de hygroscopische eigenschap van de cmgevende atmosfeer moet zijn af geschermd. De strook scintillatiemateriaal bestaat in een voorkerusuitvoering uit optische onderling 15 geïsoleerde elementen. Een goede methode voor het vormen daarvan is het craqueleren van de fosfor die daartoe bijvoorbeeld is aangebracht qp een gestructureerde drager. De drager kan zich daarbij aan de ingangs-zijde 23 of aan de uitgangszijde 30 bevinden. In het eerste geval moet deze voor röntgenstralen goed doorlatend zijn en is bijvoorbeeld een 20 dunne gestructureerde folie titaan goed bruikbaar. Als de drager zich aan het uitgangsqppervlak bevindt moet deze goed doorlatend zijn voor scintillatielicht en kan bijvoorbeeld uit kwartsglas bestaan. De drager kan daarbij doorlopen en een huis voor de gehele scintillator vonten waardoor afscherming tegen atmosferische invloeden is gewaarborgd.

25 De onderscheiden scintillator elementen zijn door het craquelê proces opgedeeld in pilaren met bijvoorbeeld een afmeting, gemeten in het vlak van de laag, die ten hoogste ongeveer gelijk is aan 0,25 irm.

Voor vermindering van onderlinge overspraak kunnen de door het craquelê proces gevormde spleten zijn opgevuld met een stof die het scintillatie-3Q licht sterk reflekteert of absorbeert. De bundel scintillatielicht wordt afgebeeld op een ingangsvlak 32 van de lichtversterker 26 waarbij, indien gewenst, de lichtbundel met een spiegel kan warden ongebogen waardoor de lichtversterker met de opneamhiis anders zijn georienteerd en met een geringere diepte voor het detektiesysteem kan warden volstaan. 35 Het lenssysteem 24 vormt hierbij van het uitgangsvlak 30 van de scintillator dat bijvoorbeeld een dwarsafmeting van 35 x 1 cm heeft op het ingangsscherm 32 een vierkant van bijvoorbeeld ongeveer 2 ± 8 x 8 cm . Bij toepassing van bijvoorbeeld een 4" helderheids ver- 80 04 72 7 PHN 9820 5 sterker kan de: funktie van het niet sferische lenssysteem worden over-genomen door het cmbuigsysteem, dat dan de vorm van een holle cylindrische spiegel kan hebben. De lichtversterker vormt van het ingangsbeeld op bekende wijze een versterkt uitgangsbeeld dat qp het ingangsscherm 36 5 van de opneembuis 28 wordt geprojecteerd. Dit beeld wordt af getast in bijvoorbeeld 1250 lijnen zonder de in gebruikelijke televisie toegepaste interliniering waartoe de opneembuis een groot oplossend vermogen moet bezitten. Een aldus gewonnen videosignaal wordt toegevoerd aan een videoversterker 40. Het systeem scintillator, lenssysteem, versterker-10 tuis en opneembuis is bijvoorbeeld in een lichtdichthuis 35 geplaatst en dit huis voert als een geheel de beweging van het bron- detektorsysteem voor de aftasting van de patient uit. Voor deze beweging kan een draaipunt samenvallend met een voorwerpspunt 10 van de röntgenbundel worden gekozen. Bij deze methode van aftasting kantelt het systeem bron-15 detektor met de houder 64 cm het kantelpunt 10 in een vlak dat samenvalt met het vlak van de tekening. Er worden dan telkens naast elkaar gelegen schijven van de patient doorstraald die hier onderling niet geheel parallel zijn. Afbeeldingen van onderling parallele schijven worden gevormd bij een aftasting waarbij bron en detektor gezamenlijk een 20 translatieve beweging uitvoeren. De bron wordt daarbij gepulst met bijvoorbeeld 4 pulsen van 5 msec. Elke puls wordt door de opneembuis opgencmen en wordt geregistreerd. Hierbij ligt de lengterichting van de detektorafbeelding qp het ingangsscherm van de opneembuis dwars op de lijnaftastrichting van de elektronenbundel van de opneembuis. Tussen 25 de pulsen wordt het opneembuisscherm gewist. De detektor verplaatst bij deze aftasting bijvoorbeeld met een snelheid van 4 cm per seconde over totaal 40 cm hetgeen dus 40 pulsen en daardoor 40 schijfdoorlichtingen 2 oplevert. Per opname wordt aldus een veld van 35 x 40 cm verdeeld in 1250 x 1200 beeldelementen qpgencmen en wel 1250 door het aantal lijnen 30 in de lijnaftasting en 1200 doordat 30 banen 40 maal worden afgetast.

In een uitvoeringsvorm waarin de scintillator een deel uit maakt van een ingangsscherm van een röntgenbeeldversterkerbuis, bevindt het niet sferische optische systeem zich tussen deze buis en de opneembuis. Doordat de afmetingen van het beeldvlak in de röntgenbeeldver-35 sterkerbuis beduidend zijn verkleind kan het niet sferische optische systeem eenvoudiger van uitvoering of van een hogere optische kwaliteit zijn.

Indien de stralingsbron wordt gevormd door de patient zelf, 8004727 PHN 9820 6 bijvoorbeeld door een daarin aangebracht radio actief preparaat bevindt de spieetvormige collimator zich tussen de patient en de scintillator. De scintillator is daarbij aan de aard van de te meten straling aangepast en zal veëal dikker zijn cm voldoende van de relatief harde 5 straling te absorberen.

Door keuze van het aantal afzonderlijk uitleesbare banen dat per stralingspuls wordt aangestraald en uitgelezen kan, bij een toelaatbare bronbelasting, een gunstig ccraprcmis tussen de meetsnelheid en de kwaliteit van de beeldvorming worden gevonden. De beperking in het 10 dynamisch bereik van de opneembuis wordt daarbij steeds ondervangen door van het banenpatroon een nagenoeg vierkant beeld qp de trefplaat van de opneembuis te vormen en waar dit nog niet voldoende geacht wordt, een vertraagde aftasting in de opneembuis toe te passen.

15 20 25 30 35 » 80 0 4 72 7

Claims (12)

1. Stralingsonderzoekapparaat met een stralingsbron net een spleetvormige collimator, voor het opwekken van een waaiervormige stralingsbundel een stralingsdetektiesysteem met een scintillator, een 5 objectdrager en een aftastmechanisme voor aftasting van een te onderzoeken object met een uit de stralingsbron tredende spleetvormige stralenbundel, met het kenmerk, dat het detéktiesysteem is uitgerust met een beeldversterkerbuis, een televisieopneembuis een niet sferisch optisch stelsel voor het vormen van een althans nagenoeg voerkante af-10 beelding van een langgerekt scintillatoruitgangsvlak.

2. Stalingsonderzoekapparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk; dat het aftastmechanisme een slingerbeweging van het detektie-systeem cm een voorwerpspunt van de stralenbron bewerkt in een richting dwars op de lengterichting van de waaiervormige stralingsbundel.

3. Stralingsonderzoekapparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de langgerekte scintillator opgedeeld is in optisch onderling geïsoleerde seintillatie elementen,

4. Stralingsonderozekapparaat volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het niet sferisch optisch stelsel tussen de scintillator 20 en een ingangsscherm van een helderheidsversterker is opgesteld.

5. Stralingsonderzoekapparaat volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de scintillator deel uit maakt van een ingangsscherm van een röntgenbeeldversterkerbuis en het niet sferische optische stelsel zich tussen het uitgangsscherm van de röntgenbeeldversterkerbuis en de 25 televisie opneembuis bevindt.

6. Stralingsonderzoekapparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de televisieopneembuis is voorzien van een bundelaftastsysteem voor een niet interliniërende trefplaataftasting met 1250 dwars op de richting van de lengterichting vna de afbeelding 30 van scintillator gerichte lijnen.

7. Stralingsonderzoekapparaat volgens één der conclusies 1, 2, 3, 4 of 6, met het kenmerk, dat tussen de scintillator en het uitgangsvlak van de beeldversterkerbuis een bundelafbuigende spiegel is qpgenemen.

8. Stralingsonderzoekapparaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de bundelafbuigende spiegel een hol cylindrisch oppervlak heeft en mede de funktie van het niet sferische optische stelsel vervult. 80 0 4 72 7 EHN 9820 8 I * •4 '•vr

9. Stralingsonderzoekapparaat volgens een der voorgaande conclu sies, met het kenmerk, dat de stralingshron een röntgenhuis is waaraan een generator voor pulserend bedrijven van de bron is toegevoegd.

10 Stralingsonderzoekapparaat volgens conclusie 9, met het kennerk, 5 dat vanuit meerdere, langs een lijn in de lengterichting van de detektor gelegen bronposities kan worden doorstraald.

11. Stralingsonderzoekapparaat volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de generator voor de röntgenbuis is uitgerust voor het op wekken van röntgenstraling van onderscheiden golflengten.

12. Stralingsonderzoekapparaat volgens een der cpnclusiès 1 tot en met 8, met het kenmerk, dat de stralingshron wordt gevormd door een in een te onderzoeken object ingebracht radioactief preparaat en de collimator tussen het object en de scintillator is qpgesteld. 15 20 25 30 35 80 04 72 7