DE2412161A1

DE2412161A1 - Anordnung zur bestimmung des kalziumgehaltes von knochen

Info

Publication number: DE2412161A1
Application number: DE2412161A
Authority: DE
Inventors: Jean Bens
Original assignee: Koch and Sterzel AG
Current assignee: Koch and Sterzel AG
Priority date: 1973-03-16
Filing date: 1974-03-14
Publication date: 1974-09-19
Also published as: FR2221995A5

Description

KOCH & STERZEL Essen, den 12. März 1974

KOMMANDITGESELLSCHAFT Bt/Os

Anordnung zur Bestimmung des Kalziumgehaltes von Knochen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung des Kalzitungehaltes der Knochen von lebenden Wesen.

Für bestimmte klinische Betrachtungen ist es wichtig, die Konzentration von Kalzium in den Knochen eines lebenden Patienten zu kennen. Diese Kenntnis wird hauptsächlich durch Analyse der bei Durchquerung der Knochen erfolgenden Änderung einer ionisierenden Strahlung erlangt.

Zur Verdeutlichung dieses Vorganges ist in Figur 1 eine bekannte für die Ermittlung des Kalziumgehaltes der Knochen geeignete Einrichtung dargestellt. Diese Einrichtung besteht aus einer Strahlenquelle 3 und einem Strahlendetektor 4, die über ein bogenförmiges Bauelement 5 starr miteinander verbunden und in Richtung des Doppelpfeiles F verschiebbar sind. Zwischen der Strahlenquelle 3 und dem Strahlendetektor 4 ist der zu untersuchende Knochen vorgesehen, der aus dem Knochengewebe 1 und

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dem Knochenmark besteht. Zur Ermittlung des Kalziumgehaltes der Knochen wird bei dieser bekannten Methode ein von der strahlenquelle 3 ausgehendes feines Strahlenbündel benutzt, dessen Intensität bei der Durchdringung des Knochens einer so großen Schwächung unterworfen ist, wie Kalzium im durchstrahlten Bereich vorhanden ist. Das vom Strahlendetektor empfangene, geschwächte Strahalenbündel bewirkt an demselben ein entsprechendes Signal, das einer der Einfachheit halber nicht dargestälten Rechenmaschine zugeleitet und dort geeignet aufbereitet wird, d.h. in Abhängigkeit von gespeicherten Vergleichswerten wird von derselben eine Ermittlung der Kalziumkonzentration des untersuchten Knochens vorgenommen.

Diese Methode ist jedoch nicht einwandfrei, da die Einrichtung die Abmessungen des Knochengewebes nicht berücksichtigt, sondern lediglich programmgemäß von einem kreisförmigen Querschnitt des Knochens ausgeht.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, müßten zwei um 90 räumlich gegeneinander versetzte Messungen durchgeführt werden. Dies könnte entweder durch Drehung des bogenförmigen Teiles 5 um 90 in der Ebene der Abbildung oder durch Verwendung eines zweiten gleichartig ausgebildeten um 90 versetzten Systems erreicht werden. Bei der zuerstgenannten Möglichkeit ist jedoch eine geeignete Steuerung notwendig, während bei der zuletztgenannten Möglichkeit sich eine Einrichtung ergibt, die in mechanischer Hinsicht relativ kompliziert ist.

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Als Strahlenquelle für solche Systeme können entweder radiogene Quellen oder Röntgenstrahlenquellen verwendet werden.
Bei der Einrichtung nach Figur 1 bringt die Verwendung einer Röntgenstrahlenquelle den Nachteil, daß es unbedingt notwendig ist, ihre Emission während der gesamten Dauer der Untersuchung vollkommen zu stabilisieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, bei der einerseits relativ komplizierte mechanische Einrichtungen und andererseits elektronische Schaltungsanordnungen zur Stabilisation der Strahlenemission vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei um 90 gegeneinander versetzt liegende Strahlenquellen vorgesehen sind, denen jeweils eine linear sich ausdehnende Strahlenempfangseinrichtung entsprechend zugeordnet ist, wobei der Kalziumgehalt aus dem Verhältnis der von den beiden Strahlenempfangseinrichtungen gelieferten Angaben in Abhängigkeit der Abmessungen des Knochengewebes und des Knochenmarks ableitbar ist.

Zwecks Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, als
Strahlenquelle eine radiogene Quelle oder eine Röntgenstrahlenquelle zu. verwenden, wobei für eine Röntgenstrahlenquelle' sehr vorteilhaft ist, wenn diese eine Antikathode aus Chrom und ein Strahlenaustrittsfenster aus Beryllium aufweist, da hierbei der Absorptionskoeffizient des Kalziums relativ hoch

ist. 409838/0867 /h

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Strahlenempfangs einrichtungen sich jeweils aus einem mit Gas gefüllten Gehäuse und einem darin befindlichen, linear sich ausdehnenden Widerstandsdraht zusammensetzten, wobei die Gehäuse jeweils mit einer Mischung aus Argon und Methan gefüllt sind.

In Fortführung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß jeweils die durch den Aufprall der Strahlenphotonen erfolgende Ionisation des Gases zur Erzeugung von den ¥iderstandsdraht durchlaufenden Spannungsimpulse herangezogen ist, und daß die den jeweiligen Widerstandsdraht durchlaufenden Spannungsimpulse zur Erzielung einer Wiedergabe der an jedem Punkt des zugeordneten Strahlenempfängers ankommende Anzahl von Strahlen— photonen entsprechend aufbereitet sind.

Anhand eines in Figur 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert: wie aus der Abbildung hervorgeht, wird das Knochengewebe 1 und das Knochenmark 2 des zu untersuchenden Knochens von der Strahlung einer ersten Strahlenquelle 6 durchdrungen. Die aus dem Knochen austretende, geschwächte Strahlung wird von einem ersten, linear sich ausdehnenden Strahlendetektor empfangen, welcher sich aus einem länglichen Gehäuse 8 und einem in dessen Innerem zwischen den Punkten A und B angeordneten Widerstandsdraht 9 zusammensetzt, wobei das Ge'häuse 8 mit einem geeigenten Gas, z.B. einer Mischung aus Argon und Methan gefüllt ist.

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Die an jedem Ort des Strahlendetektors 8,9 ankommende Strahlung ist jeweils entsprechend der im Strahlengang befindlichen Quantität des Kalziums geschwächt gegenüber der von der Strahlenquelle 6 ausgehenden Strahlung. In der Zeichnung sind die einzelnen Schwächungsbereiche verdeutlicht, und zwar die dem Knochengewebe 1' zugeordneten Bereiche durch die Abschnitte e und f des Widerstandsdrahtes 9_} und der dem Knochenmark 2 zugeordnete Bereich durch den zwischen den Abschnitten e und f liegenden Abschnitt des Widerstandsdrahtes 9·

Wenn ein Strahlenphoton in den Strahlendetektor 8 eintritt, so wird die Ionisation ausgelöst, die am korrespondierenden Punkt des Drahtes 9 einen Spannungsimpuls hervorruft, welcher sich von diesem Punkt zu den beiden Enden A und B des Drahtes fortpflanzt.

Die Zeit, die der Impuls bis zur Erreicung des Punktes A benötigt, ist proportional zu dem Abstand von diesem Punkt zum Aufprallort; ebenfalls ist die Zeit, die der Impuls zur Erreichung des Punktes B benötigt, proportional zum Abstand von diesem Punkt zum Aufprallort.

Der Impuls, der im Punkt A ankommt, wird nacheinander einem Vorverstärker 10, einem Verstärker 11, einem Nulldurchgangsdetektor 12 und einer den Zeitursprung an einem der Enden des Widerstandsdrahtes 9 wieder herstellenden Verzögerungseinrichtung 13 zugeführt, während der Impuls, der in Punkt B ankommt, nacheinander einem Vorverstärker l4, einem Ver-

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stärker 15 und einem Nulldurchgangsdetektor 16 zugeführt wird. Die Ausgänge der Verzögerungseinrichtung I3 und des Nulldurchgangsdetektors 16 sind mit einem Zeitamplitudenwandler 17 verbunden, an dem ein Analysegerät 18 angeschlossen ist, welches eine lineare Abbildung I9 von der Anzahl der Strahlenphoto4nen erzeugt, die die Achse des Strahlendetektors 8,9 erreichen.

In der Abbildung 19 korrespondieren die beiden minimalen Zonen mit den Abschnitten e und f des ¥iderstandsdrahtes 9 bzw. den entsprechenden Bereichen des Knochengewebes, während die maximale:, im Zentrum befindliche Zone mit dem zwischen den Abschnitten e und f liegenden Abschnitt des Widerstandsdrahtes 9 bzw. dem Bereich des Knochenmarks 2 des zu untersuchenden Knochens korrespondiert. Man erkennt, daß die Kurve I9 die Bestimmung der Dicke des Knochengewebes 1 erlaubt, und zwar durch Messung gemäß einer Senkrechten zu der von der Strahlenquelle 6 ausgehenden Strahlung.

Auf dieselbe Art und Weise wird eine zweite Durchstrahlung des Knochens vorgenommen, und zwar mittels einer zweiten Strahlenquelle 7 und eines zweiten, linear sich ausdehnenden Strahlendetektors 20,21, die gegenüber dem ersten System um 90 versetzt angeordnet sind. Der Strahlendetektor besteht dabei wiederum aus einem gasgefüllten länglichen Gehäuse 20 und einem darin befindlichen, zwischen den Punkten C und D angeordneten Widerstandsdraht, 21.

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Die Impulse, die am Punkt C ankommen, werden einem Vorverstärker 22, einem Verstärker 23, einem Nulldurchgangsdetektor 24 und einer den Zeitursprung an einem der Enden des Widerstandsdrahtes 21. wiederherstellenden Verzögerungseinrichtung 25 zugeführt, während die Impulse, die am Punkt D ankommen, nacheinander einem Vorverstärker 26, einem Verstärker 27 und einem Nulldurchgangsdetektor 28 zugeführt werden. Die Ausgänge der Verzögerungseinrichtung 25 und des Nulldurchgangsdetektors 28 sind mit einem Zeitamplitudenwandler 29 verbunden, an dem ein Analysegerät 30 angeschlossen ist, welches eine lineare Abbildung 3I von der Anzahl der Strahlenphoto*nen erzeugt, die an jedem Punkt des Strahlendetektors eintreffen.

In der Abbildung 31 gibt der Zentralteil eine Messung der durch die den Abschnitten .e und f des Widerstands drahte s 9 zugeordneten Bereiche des Knochengewebes gehenden Strahlung der Strahlenquelle 7 wieder.

Die Konzentration des Kalziums ergibt sich proportional aus dem Verhältnis zwischen der Amplitude des Zentralteils der Abbildung 3I und den mit den Abschnitten e und f korrespondierenden Zonen der Abbildung 19·

Diese Konzentration kann auch direkt von einem Rechner ausgegeben werden, wobei der zugeordnete Speicher mit Vergleichsdaten versehen ist, die in einen entsprechenden Zusammenhang mit den von den Wandlern ausgelösten Informationen gebracht werden. 409838/0867

Claims

Patentansprüche

Anordnung zur Bestimmung des Kalziumgehaltes der Knochen eines lebenden Vesens, dadurch gekennezeichnet, daß zwei um 90 gegeneinander versetzt liegende Strahlenquellen (6,7) vorgesehen sind, denen jeweils eine linear sich ausdehnende Strahlenempfangseinrichtung (8,9/20,21) entsprechend zugeordnet ist, wobei der Kalziumgehalt aus dem Verhältnis der von den beiden Strahlenempfangseinrichtungen (9,21) gelieferten Angaben in Abhängigkeit der Abmessungen des Knochengewebes (1) und des Knochenmarks (2) ableitbar ist.
2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquellen (6,7) jeweils aus einer radiogenen Quelle bestehen.
3.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquellen (6,7) jeweils aus einer Röntgenröhre bestehen, die eine Antikathode aus Chrom und ein Strahlenaustrittsfenster aus Beryllium aufweisen.
4.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenempfangseinrichtungen (8,9/20,21) sich jeweils aus einem mit Gas gefüllten Gehäuse (8,20) und einem darin befindlichen, linear sich ausdehnenden Widerstandsdraht (9, 21) zusammensetzen.

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5·) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (8,2O) jeweils mit einer Mischung aus Argon und Methan gefüllt sind.
6.) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die durch den Aufprall der Strahlenphotonen erfolgende Ionisation des Gases zur Erzeugung von den Widerstandsdraht (9>21) durchlaufenden Spannungsimpulse herangezogen ist.

7») Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den jeweiligen Widerstandsdraht (9, 21) durchlaufenden Spannungsimpulse zur Erzielung einer Wiedergabe der an jedem Punkt des zugeordneten Strahlenempfängers (8,9/20,21) ankommenden Anzahl von Strahlenphotonen aufbereitet sind.

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