DE4009335A1 - Verfahren zur herstellung von abbildungen mittels ionisierender strahlung und neutronen durchstrahlter strukturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Abbildungen mittels ionisierender Strahlung und Neutro­ nen durchstrahlter Strukturen.

Ionisierende Strahlung im hier beschriebenen Sinne ist beispielsweise die Röntgen- bzw. Gammastrahlung, die seit Jahrzehnten zur Herstellung von Abbildungen durch­ strahlter biologischer und technischer Strukturen, beispielsweise des menschlichen oder tierischen Körpers oder technischer Objekte, benutzt wird. Zur Erreichung einer höheren Auflösung der auf den Abbildungen darge­ stellten Strukturen mit dem Ziel, beispielsweise die diagnostischen Aussagemöglichkeiten der Abbildungen zu verbessern, werden Abbildungen ein und derselben Struktur bei unterschiedlich ausgewählten Frequenzen der Röntgenstrahlung bzw. Gammastrahlung erzeugt und ver­ glichen, so daß sich insgesamt die Aussagemöglichkeit über den Aufbau der Struktur verbessert.

Bei der Verwendung von Röntgenstrahlen bzw. Gammastrah­ lung als ionisierender Strahlung tritt vielfach ein wesentlicher Nachteil dieser seit langem bekannten Abbildungsmethode auf, die darin begründet ist, daß sie nicht imstande ist, in der biologischen oder technischen Struktur bereichsweise möglicherweise vorhandene stark wasserstoffhaltige Substanzen leicht zu erkennen, und vielfach überhaupt nicht erkennen läßt. Das liegt daran, daß die Schwächung von Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch biologische oder technische Strukturen wesentlich vom Fotoeffekt abhängig ist und so mit der Ordnungszahl der bestrahlten Atomsorten ansteigt. Der Effekt ist, daß Röntgenstrahlen auf das Wasserstoffatom mit seinem Einzelelektron im Unterschied zu Materialien höherer Ordnungszahl praktisch nicht ansprechen.

Es ist bekannt, daß Neutronen ebenfalls die Durchstrah­ lung biologischer und technischer Strukturen erlaubt und dabei zwar ebenfalls Abbildungen der Strukturen er­ bringt, diese sind jedoch gegenüber gewöhnlichen mittels Röntgenstrahlen erzeugten Abbildungen andersartig. Das hat seinen Grund darin, daß die Schwächung von Neutro­ nenstrahlen in der durchstrahlten biologischen oder technischen Struktur auf speziellen Wechselwirkungen mit den Atomkernen der bestrahlten Materie beruht, wobei Elemente niedriger Ordnungszahl, wie Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff ähnliche Wir­ kungsquerschnitte wie Elemente höherer Ordnungszahl, also z. B. Kalzium, erbringen. Das hat zur Folge, daß beispielsweise Knochengewebe anders als bei der Röntgenradiographie bei der Bestrahlung mit Neutronen keine größere Schwächung als das stark wasserstoffhalti­ ge Weichgewebe wie Muskel und Fett besitzt, wobei der Aufbau des durch eine biologische Struktur erzeugten Neutronenschwächungsbildes sich aus den örtlichen Gewebskonzentrationen von Wasserstoff ergibt, sowie der übrigen Elemente der Struktur, wie Kohlenstoff, Sauer­ stoff und Kalzium, die eine deutlich mit der Neutronen­ energie schwankende Neutronenschwächung erzeugen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine we­ sentliche Verbesserung diagnostischer Aussagemöglichkei­ ten der erzeugten Abbildungen schafft, das leicht durchführbar ist und unter Beibehaltung wesentlicher bisheriger Verfahrensabläufe bei dem Röntgenradiogra­ phieverfahren durchführbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß zunächst von der Struktur eine nach dem Röntgenradio­ graphieverfahren hergestellte Abbildung erzeugt wird, daß nachfolgend von der Struktur eine nach dem Neutro­ nen-Radiographieverfahren hergestellte Abbildung erzeugt wird und daß anschließend beide Abbildungen nach dem Differenzverfahren analysiert werden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die spezifischen Vorteile der Aussage der mittels des Röntgenradiographieverfahrens herge­ stellten Abbildung mit den spezifischen Vorteilen, die die Aussage des nach dem Neutronen-Radiographieverfahren hergestellten Abbildung liefert, kombiniert werden können, was zu einer sehr großen Verbesserung der diagnostischen Aussage des Analyseergebnisses insgesamt führt, da alle Strukturbereiche in einer Abbildung darstellbar und sofort erkennbar sind, was bisher bei biologischen und technischen Strukturen nicht möglich war.

Gemäß einer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden die Abbildungen nach dem Röntgenradiographiever­ fahren und nach dem Neutronen-Radiographieverfahren unter gleichen Abbildungsbedingungen hergestellt, d. h. gleiche Größe der Abbildung, im wesentlichen gleicher Zeitpunkt der Durchführung der Abbildung und gleiche Lage der biologischen Struktur bei der Herstellung der Abbildungen relativ zu den Strahlungsquellen.

Eine ausreichende Durchstrahlung der biologischen Struktur zur Herstellung der Abbildung mittels Neutro­ nenstrahlen ist abhängig von der Energie der Neutronen. So vermögen grundsätzlich erst schnelle Neutronen mit zunehmender Energie ausgedehnte biologische und tech­ nische Strukturen zu durchstrahlen. Grundsätzlich können jedoch, je nach Anwendungsfall, vorzugsweise für die Erzeugung einer vorbestimmten Abbildung langsame als auch schnelle Neutronen benutzt werden.

Um das Verfahren schneller und damit effizienter durch­ führen zu können, sind eine Neutronenquelle und/oder eine Röntgenstrahlungsquelle zur Erreichung gleicher Abbildungsbedingungen zur fest positionierten Struktur räumlich verschiebbar ausgebildet. Die heutigen tech­ nisch verfügbaren Strahlenquellen erlauben einen derar­ tigen vorzugsweisen Aufbau ohne weiteres, da sie als quasi punktförmige Substanzmischungen (beispielsweise RA-BE, AM-BE, oder Einzelsubstanzen (wie z. B. Cf) verfügbar sind. Gleiches gilt für Entladungsröhren zur Erzeugung der Röntgenstrahlen sowie für D-T-Beschleuni­ ger, Kernspaltungsreaktoren o. ä. als Neutronenquelle d. h. es sind beide Arten der vorbeschriebenen Strahlen­ quellen einsetzbar.

Es ist dabei in einer anderen Ausgestaltung des Verfah­ rens vorteilhaft, die Struktur zur Erreichung gleicher Abbildungsbedingungen zur fest positionierten Neutronen­ quelle und/oder zur fest positionierten Röntgenstrah­ lungsquelle räumlich verschiebbar auszubilden, wenn beispielsweise die Neutronen aus einem fest instal­ lierten Beschleuniger als Neutronenquelle benutzt werden sollen.

Schließlich ist es vorteilhaft die Analyse der Abbil­ dungen nach dem Differenzverfahren unter Mitwirkung rechnergestützter Kontrastierungsverfahren durchzufüh­ ren, wodurch, wie angestrebt, die Geschwindigkeit und damit die Effizienz des Verfahrens noch einmal erhöht wird, da ein unmittelbarer Vergleich der beiden nach den unterschiedlichen Verfahren hergestellten Bilder, bei­ spielsweise mit unterschiedlichen Kontrastparametern, die durch den Benutzer des Verfahrens bestimmbar sind, schrittweise und in schneller Folge möglich ist.

Zur Durchführung des Verfahrens wird zuächst die biolo­ gische oder technische Struktur mittels des Röntgenra­ diographieverfahrens abgebildet und nachfolgend die gleiche Struktur mittels des Neutronen-Radiographiever­ fahrens. Anschließend werden beide Abbildungen nach dem Differenzverfahren analysiert, wobei dieses in der Regel zur Erreichung einer hohen Verfahrensgeschwindigkeit rechnergestützt erfolgt. Dabei werden die nach den beiden unterschiedlichen Radiographieverfahren herge­ stellten Abbildungen unter gleichen Abbildungsbedin­ gungen hergestellt. Es sei erwähnt, daß die hier be­ schriebene Reihenfolge, nämlich zuerst eine Abbildung mittels des Röntgenradiographieverfahrens und dann eine Abbildung mittels des Neutronen-Radiographieverfahrens herzustellen, ebensogut und im Rahmen der Erfindung liegend in umgekehrter Reihenfolge erfolgen kann.

Beim Differenzverfahren handelt es sich um ein solches Verfahren, bei dem ein erstes Durchstrahlungsbild aufgenommen und gespeichert wird, anschließend ein gegenüber dem ersten Durchstrahlungsbild geringfügig verändertes zweites Durchstrahlungsbild aufgenommen und gespeichert wird und die beiden Durchstrahlungsbilder voneinander subtrahiert werden, wobei sich das dann ergebende Differenzbild beispielsweise auf einem Bild­ schirm dargestellt werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Abbildungen mittels ionisierender Strahlung und Neutronen durchstrahlter Strukturen, insbesondere biologischer Strukturen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst von der Struktur eine nach dem Röntgenradiograhieverfahren hergestellte Abbildung erzeugt wird, das nachfolgend von der Struktur eine nach dem Neutronen-Radiographieverfahren herge­ stellte Abbildung erzeugt wird und anschließend beide Abbildungen nach dem Differenzverfahren analysiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungen nach dem Röntgenradiographieverfah­ ren und nach dem Neutronen-Radiographieverfahren unter gleichen Abbildungsbedingungen hergestellt werden.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die nach dem Neutro­ nen-Radiographieverfahren hergestellte Abbildung lang­ same Neutronen benutzt werden.

4. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die nach dem Neutro­ nen-Radiographieverfahren hergestellte Abbildung schnel­ le Neutronen benutzt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Neutronenquelle und/oder eine Röntgenstrahlungsquelle zur Erreichung gleicher Abbildungsbedingungen zur fest positionierten Struktur räumlich verschiebbar ausgebildet sind.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur zur Erreichung gleicher Abbildungsbedingungen zur fest positionierten Neutronenquelle und/oder zur fest posi­ tionierten Röntgenstrahlungsquelle räumlich verschiebbar ausgebildet ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse der Abbildungen nach dem Differenzverfahren unter Mitwirkung rechnergestützter Kontrastierungsverfahren erfolgt.