-
PRÜFPHANTOM ZUR QUALITÄTSKONTROLLE
-
IN DER RONTGENDIAGNOSTIK
PRÜFPHANTOM ZUR QUAITÄTSKONTROLLE
IN DER RÖNTGENDIAGNOSTIK Die Erfindung bezieht sich auf ein Prüfphantom zur Qualitätskontrolle
in der Röntgendiagnostik mit mehreren zur Wechselwirkung mit Röntgenstrahlen fähigen
Prüfeinheiten.
-
Seit einigen Jahren treten bei diagnostisch eingesetzten Röntgengeräten
Material- und Betriebsfehler auf, die entweder zu qualitativ unzureichenden Röntgenbildern
führen oder zu unzulässig hohen Strahlenbelastungen bei Patienten. Aus diesen Gründen
wurde angestrebt, Verfahren und Vorrichtungen zu entwikkeln, mit denen die Qualität
der Geräte, Materialien und Methoden in der Röntgendiagnostik überprüfbar sind.
Diese Entwicklung wird unter dem Begriff "Qualitätskontrolle" oder "Qualitätssicherung"
zusammengefaßt.
-
Die vor mehreren Jahren begonnenen Entwicklungen von Verfahren und
Vorrichtungen zur Durchführung solcher Qualitätskontrollen führten bisher zur Entwicklung
mehrerer Meß- und Prüfgeräte, mit denen jeweils nur ein, allenfalls einige wenige
interessie-
rende Parameter geprüft werden konnten. Hierzu gehören
beispielsweise die bekannten Ionisationskammern zur Messung von Strahlendosen. Diese
Geräte haben den Nachteil, daß zur Prüfung aller interessierender Parameter mit
einer Vielzahl einzelner Prüf- und Meßgeräte gearbeitet werden mußte. Die bekannten
Prüf-und Meßgeräte waren daher für die routinemäßige Röntgendiagnostik nicht sehr
geeignet.
-
Um Prüf- und Meßgeräte auch in der roytinemäßigen Röntgendiagnostik
sinnvoll einsetzen zu können, wurden Prüfphantome entwickelt, mit denen mehrere
Prüfparameter erhältlich sind - nach Möglichkeit mit einer einzigen Röntgenexposition.
Derartige Prüfphantome wurden auch aus Gründen des Strahlenschutzes angestrebt,
weil für das die Messungen ausführende Personal besonders strenge Strahlenschutzbestimmungen
bestehen.
-
Das gattungsgemäße Prüfphantom ist beispielsweise durch Lissner et
al. in "Röntgen-Bl." 30, 591 -597, Dez. 77, oder Kütterer et al. in "Röntgenpraxis"
Band 31, Heft 2, 27 - 37, Febr. 1978 bekannt geworden. Das bekannte Prüfphantom
besteht im wesentlichen aus einem quaderförmigen Gehäuse aus Acrylglas, in welchem
eine Zeitmeßeinrichtung zur Bestimmung der Expositionszeit, cinige Schwächungsstufen
zur Bestimmung des Bildkontrastes, ein filmfernes und ein filmnahes Blei-Fächerraster
zur Ermittlung der Detailerkennbarkeit bzw. des Auflösungsvermögens, ein filmfern
angeordnetes Filterstück zur Absorption der Primärstrahlung und ein Dosimeter angeordnet
sind. flit dem bekannten Prüfphantom ist jedoch die Erzeugerspannung der verwendeten
Röntgenstrahlung nicht meßbar. Auch die Expositionszeit ist nur be-
dingt
meßbar. Denn kurze Expositionszeiten, wie sie heute in der Röntgendiagnostik überwiegend
angewendet werden, sind mit der bekannten Zeitmeßeinrichtung entweder sehr ungcnau
oder aber gar nicht m.e.°-bar. Auch ist es mit dem bekannten Prüfphantom nicht möglich,
Schwärzunoskurven für das verwendete Filmmaterial zu erhalten.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Prüfphantom
weiterzuentwickeln, insbesondere derart, daß unter weitgehender Beibehaltung der
Vorteile des bekannten Prüfphantoms die mit einer Röngenexposition erhältliche Anzahl
von Prüfparametern vergrößert wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine erste Prüfeinheit mit
zwei Wandlerunordnungen zur Umwand lung der Röntgenstrahlen in Wechselwirkungssignale
mit vom Röntgenröhrenstrom im wesentlichen linear abhängiger Kennlinie, einer Filtereinrichtung,
welche die den beiden Wandleranordnungen zuoestrahlte Röntgenstrahlung definiert
und unterschiedlich stark abschwächt und einem Quotientenbaustein, dessen Ausgangssignal
ein Maß für den Quotienten aus den Zeitintegralen der Wechselwirkungssignale ist,gelöst.
-
Diese Lösung hat den Vorteil, daß mit Hilfe einfachster Mittel unmittelbar
nach der Röntgenexposition eine Aussage über einen äußerst wichtigen Parameter,
nämlich die Röhrenspannung - oder allgemeiner die Strahlenqualität möglich ist Durch
Weise, in "Health Physics", Vol. 34, 483 - 486, Mai 1978, ist zwar bereits ein Prüfphantom
bekannt geworden, mit welchem die Spannung einer Röntgenröhre aus dem Quotienten
der
durch unterschiedlich starke Filterung gewonnenen Dosen ermittelbar ist. Im einzelnen
wird hierbei die nach vorgegebener Filterung erhaltene Strahlendosis mit Hilfe einer
Ionisationskammer gemessen. Diese bekannte Vorrichtung ist der eingangs genannten
ersten Gruppe von Prüfphantomenzuzuordnen, mit denen jeweils nur ein Prüfparameter
ermittelbar ist.
-
Darüberhinaus ist mit dem bekannten Phantom der zu ermittelnde Prüfparameter
nur mit zwei Röntgenexpositionen meßbar. Im übrigen ist dieserLiteraturstelle kein
Hinweis dahingehend zu entnehmen, wie dessen Nachteile, d.h. dessen Beschränkung
auf die Ermittlung nur eines Prüfparameters und die Notwendigkeit mehrerer Röntgenexpositionen,
beseitigt werden können. Gerade hier setzt aber die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe an.
-
Bei einem Röntgenphantom zur Prüfung eines Röntgengerätes mit vorgegebener
Filterung weist die Filtereinrichtung vorzugsweise bezüglich der einen Wandleranordnung
ein Durchlaßvermögen von 1 auf. Durch diese Maßnahme werden ein zusätzliches Filter
eingespart und optimale Intensitätsverhältnisse für das gewünschte Wechselwirkungssignal
erreicht. Als Filtereinrichtung für die andere Wandleranordnung eignet sich eine
dünne Platte aus Titan, Eisen, Aluminium oder Kupfer.
-
Vorzugsweise weist das Prüfphantom eine zweite Prüfeinheit mit einer
Wandleranordnung zur Umwandlung der Röntgensignale in ein Wechselwirkungssignal
und einem durch die ansteigende und abfallende Flanke des Wechselwirkungssignals
ein- und ausschaltbaren Zeitgeber auf. Durch diese Maßnahme ist ein weiterer Prüfparameter
mit einer einzigen Röntgenexposition erhältlich. Die .Ansteuerung des Zeitgebers
durch die
ansteigende und abfallende Flanke des Wechselwirkungssignals
gewährleistet eine genaue Ermittlung der tatsächlichen Expositionszeit.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Prüfphantom
mit einer dritten Prüfeinheit bestückt, die eine Wandleranordnung zur Umwandlung
der ungeschwächten Röntgenstrahlen in ein Wechselwirkungssignal und einen nachgeschalteten
Dosisbaustein, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Dosis der Röntgenstrahlen ist,
aufweist. Auch diese :maßnahme vergrößert die Anzahl der mit einer einzigen Exposition
erhältlichen Prüfparameter.
-
DielVandleranominurgen sind im Phantom vorzugsweise zentral angeordnet.
Ferner sind sie von einer Bleifolie ummantelt und mit ihren Eingägen vorzugsweise
an der filmfernen bzw. fokusnahen Seite des Prüfphantomes angeordnet. Hierdurch
wird erreicht, daß unerwünschte Störeinflüsse, insbesondere Streustrahlen, bei der
Ermittlung der von der Röntgenröhre abgegebenen Strahlendosis weitestgehend ausgeschaltet
werden.
-
In Weiterführung des Erfindungsgedankens ist die eine Wandleranordnung
der ersten Prüfeinheit zur Ermittlung der Röhrenspannung gleichzeitig Wandleranordnung
der zweiten Prüfeinheit zur Ermittlung der Expositionszeit. Diese blaßnahme hat
den Vorteil, daß eine Wandleranordnung eingespart und gleichzeitig eine kombinierte
Messung der Strahlenqualität und Expositionszeit ermöglicht wird. Aus Intensitätsgründen
ist es hierbei von Vorteil, diejenige Wandleranordnung als gemeinsamen Wandler für
die erste und zweite Prüfeinheit vorzusehen, welche die weniger abgeschwächte Röntgenstrahlung
erhält.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die der ungeschwächten Röntgenstrahlung zugeordnete Wandleranordnung der ersten
Prüfeinheit zur Ermittjlng der flöbrenspannung gJich7.eitig Wandleranordnung der
dritten Prüfeinheit zur Er mittlung der Strahlendosis. Diese Maßnahme hat den Vor'ceil,
daß eine kombinierte Messung der Strahlenqualität und Strahlendosis mö]ich wird.
Gleichzeitig ermöglicht diese Maßnahme, die DAessung zweier Prüfparameter mit nur
einem Wandler.
-
In Weiterführung des Erfindungsgedankens ist die der ungeschwächten
Röntgenstrahlung zugeordnete Wandler anordnung der ersten Prüfeinheit zur Ermittlung
der Röhrenspannung gleichzeitig Wandler für die Prüfeinheiten zur Ermittlung der
Expositionszeit und der Strahlendosis. Hierdurch wird mit Hilfe einer einzigen Wandleranordnung
die gleichzeitige Messung dreier Prüfparameter ermöglicht.
-
Vorzugsweise ist der Zeitgeber als elektronische Uhr ausgestaltet.
-
Eine derartige Uhr ist in der Regel kostengünstig, einfach steuerbar
und hat einen hohen Genauigkeitsgrad. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Uhr
im wesent].ichen aus einer Schwingquarz-Anordnung besteht.
-
Um den Ein- und Ausschaltzeitpunkt des Zeitgebers noch genauer festlegen
und gleichzeitig den Einfluß eventuell vorhandener Stör- bzw. Brummspannungen zu
eliminieren, ist es von Vorteil, zwischen den Signalausgang der Wandleranordnung
und den Zeitgebereingang eine bistabile Kippstufe mit definiertem Schwellwert anzuordnen.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Wandleranordnungen
als opto-elektrische Wandler ausgestaltet. Hierbei soll unter einem opto-elektri-
schen
Wandler nicht nur ein auf den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums
sondern auch ein zumindest in den angrenzenden Spektralbereichen ansprechender Wandler
verstanden werden. Ein optoelektrischer Wandler hat den Vorteil, daß er die einfallende
Strahlung zu elektrischen Ausgangsgrößen umwandelt. Elektrische Ausgangsgrößen sind
aber besonders bequem weiterverarbeitbar. Als opto-elektrische Wandler eignen sich
Sekundärelektronen-Vervielfacher bzw. Fotomultiplier, die sich durch besonders hohe
Empfindlichkeit auszeichnen, Ionisationskammern, mit denen ein äußerst hoher Genauigkeitsgrad
erzielbar ist oder Fototransistoren, die bei veroleichsweise hoher Genauigkeit einfach
und kostengünstig sind.
-
Ein bevorzugter opto-elektrischer Wandler weist eine Röntgenszintillationsfolie,
vorzugsweise aus Gadoliniumoxysulfid, Lanthanoxysulfid oder Lanthancxybromid mit
nachgeschaltetem Fototransistor oder Sekundärelektronen-Vervielfacher auf. Die Szintillations»Eiolie
und der Fototransistor oder SekundärelSktronen-Vervielfacher sind hierbei bezüglich
des Blissionsspektnmls und der spektralen Empfindlichkeit aufeinander abgestimmt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Quotientenbaustein
im wesentlichen aus einer Brükkenschaltung, in welcher die beiden Fototransistoren
der Wandleranordnungen unmittelbar nebeneinander in den zwischen den Klemmen der
Brückenversorgungsspannung parallelen Brücken zweigen angeordnet sind, einem jeder
Meßabgriffklemme der Brückenschaltung nachgeschalteten Integrator und einem Divisionsglied,
dessen Eingänge mit den beiden Integratorausgängen verbunden sind. Diese Maßnahme
ermöglicht durch einfache Bauelemente eine genaue Messung der Röhrenspannung. Gleichzeitig
liefern die
Integratoren ein Maß für die pro Wandleranordnung absorbierte
Energie. Demgemäß kann durch Abriff an dem Integrator, welcher der unabgeschirlttten
Wandler anordnung zugeordnet ist, zumindest eine Aussage über die Oberflächendosis,
ggf. nach Umrechnung in Röntgen, getroffen werden.
-
Besonders gute Signalverhältnisse lassen sich dadurch erzielen, daß
die beiden Meßabgriffklemmen jeweils über die folgenden, nacheinander angeordneten
Elemente mit den Integratoren verbunden sind: ein Arbeitswiderstand, ein Meß- bzw.
Vorverstärker, ein Steuertransistor, dessen Basis mit dem Ausgang des Vorverstärkers
verbunden ist und dessen Kollektor an einer Spannungsauelle liegt, und eine Diode.
-
Unter der Voraussetzung, daß die von der Rnntgenröhre abgegebene Strahlungsenergie
annähernd konstant ist, läßt sich ein besonders einfacher Ouotientenbaustein dadurch
realisieren, daß die beiden Fototransistoren seriell zwischen den Klemmen einer
Spannungsquelle angeordnet sind und ein parallel zum Fototransistor angeordneter
Snannungsmesser mit nachgeschalteter Eichtransformationsstufe vorgesehen ist. Der
Spannungsmesser liefert bei dieser Anordnung ein Signal, das eine ein-eindeutige
Funktion des Quotienten der beiden Widerstände der Fototransistoren ist. Die Widerstände
ihrerseits sind eine Funktion der auf sie auftreffenden Strahlenstärke. Bei geeigneter
Wahl der Fototransistoren ist demnach das Ausgangs signal des Spannungsmessers ein-eindeutig
mit dem Quotienten der Bestrahlungsstärkenverknüpft.
-
In Weiterführung der zuletztgenannten Ausführungsform für einen Quotientenbaustein
ist dieser durch eine Brückenschaltung realisiert, in welcher die beiden Fototransistoren
seriell im zwischen den Klemmen der Brückenversorgungsspannung liegenden Brückenzweig
angeordent sind,, Zur Temperaturkompensation bei beiden Brückenschaltungen sind
vorzugsweise die frei bleibenden Brücken zweige jeweils mit einem Fototransistor
bestückt, wobei alle Fototransistoren möglichst gleiche Kenndaten haben sollten.
-
Als Fototransistoren eignen sich Transistoren, deren Widerstände RFTr
sich gemäß folgender Beziehung mit der Bestrahlungsstärke ändern: RFTr = k 1 X 2,
mit k1 und k2 Konstanten.
-
Zur weiteren Erhöhung der mit dem Prüfphantom mit einer Exposition
erhältlichem Prüfparameter ist eine vorzugsweise aus 10 Stufen aufgebaute Schwärzungstreppe
aus Aluminium in der filmnahen Ebene vorgesehen. Die Schwärzungstreppe ist hierbei
über einen Projektionskanal frei Luft mit dem Außenraum vor der filmfernen Ebene
verbunden. Sie empfängt demnach die von der Röntgenzöhre ausgehende Strahlung unmittelbar,
d. h. ohne Zwischenschaltung irgenazelcher rlat:erialteile zwischen die Röntgenröhre
und die Schwärzungstrepse. Die Anordnung der SchaEirzungstreppe ermöglicht die Messung
der optischen Dichte des Röntgenfilmes. Insbesondere läßt sich nach der Röntgenexposition
die Gradationskurve, die Gradientenkurve, der Schwärzungsumfang und der Bildkontrast
in üblicher Weise, beispielsweise mit Hilfe eines handlichen und Preiswerten Kleinclensitometers
bestimmen.
-
Die Auflösung (Detailerkennbarkeit) läßt sich dadurch bestimmen, daß
zwei Blei-Strichraster in der filmnahen und filmfernen Ebene des Prüfphantoms vorgesehen
sind, wobei die Blei-Striche gruppenweise zu Blei-Strichgruppen mit 0,5 bis 5 Linienpaaren
pro mm zusammengefa3t sind. Aus der Abbildung des tilmnahe gelegenen Blei-Strichrasters
sind dann die Abbildungseigenschaften des Folienfilm-Systems be-
stimmbar.
Aus der Abbildung des filmfern gelegenen Blei-Strichrasters sind die Einflüsse der
Streustrahlung und Geometrie zusätzlich erkennbar. Hierbei wird durch das Verhältnis
des Fokusfilmabstandes zum Fokusobjcktabstand der Vergrößerungsfaktor und durch
die Differenz der aufgelösten Linienpaare pro mm zwischen filmfernem und filmnahem
Blei-Strichrasters auch der Einfluß der Brennfleckabmessüng bestimmbar.
-
Darüberhinaus bieten die Blei-Strichraster mit ihrer gruppenweisen
Anordnung der Striche die Möglichkeit, bei Bedarf durch Messung mit einem Mikrodensitometer
exakte Bestimmungen der Kontrasttransferfunktion und der aus ihr abzuleitenden Modulationstransferfunktion
vorzunehmen. Dies ermöglicht des weiteren durch Kombination mit den Mittelwerten
der Amplituden der Schwärzungsschwankungen die Bestimmung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses.
-
Die Anordnung eines Blei-Fächerrasters in der filmfernen Ebene des
Phantoms erlaubt ohne Messung eine schnelle Abschätzung der Bildauflösung. Diese
Maßnahme kommt den Gewohnheiten der Radiologen bei derartigen Abschätzungen entgegen.
-
Ein weiterer Prüfparameter ist durch ein in der filmfernen Ebene,
vorzugsweise in deren Außenbereich angebrachtes Sternraster erhältlich. Das Sternraster
ermöglicht eine visuelle Kontrolle der Isotropie der Strahlenemission.
-
Vorzugsweise ist zwischen der filmfernen und filmnahen Ebene des Prüfphantoms
eine Schaumstoffschicht zur Streustrahlensimulation des Lungengewebes vorgesehen.
Versuche haben ergeben, daß sich hierzu eine
Dicke von 8 cm und
eine Dichte von 0,3 besonders gut eignen.
-
Durch Einlagerung von beispielsweise 4 zylinderförnugen Acrylglas-Stäbchen
und 4 zylinderförmigen Aluminium-Stäbchen mit Durchmessern zwischent2~mm und 20
mm sind die Abbildungseigenschaften von Blutgefäßen innerhalb des Lungengewebes
und von Knocnenstrukturen besenders gut simulierbar. Die Schaumstofçschicht stellt
eine be-.
-
sonders einfacheSlaßnahme zur Simulation der von der Lunge bewirkten
Streustrahlen-Verhältnisse dar. Darüberhinaus läßt sie den Einbau von Acrylglasstäbchen
zur Blutgefäßsimulation zu, da sie eine andere Röntgendichte wie Acrylglas hat.
Schließlich können die Acrylglas- und Aluminium -Stäbchen sehr bequem in den Schaumstoff
eingelagert werden.
-
Der Einfluß der Streustrahlung auf die optische Dichte des Bildes
läßt sich in bequemer Weise auch dadurch messen, daß ein die Primärstrahlung absorbierendes
Filterstück von etwa 1 cm2 vorgesehen ist.
-
Hierzu eignet sich beispielsweise ein 1 mm dickes Bleistückchen.
-
Insgesamt ist damit ein Prüfphantom angegeben, mit dessen Hilfe mit
einer einzigen Röntgenexposition zumindest die wesentlichen Prüfparameter zur Qualitätssicherung
erhältlich sind. Hierbei werden die Strahlenqualität, die Expositionszeit und die
Strahlendosis vorzugsweise durch opto-elektrische Wandler gemessen. Die Meßdaten
sind vorzugsweise seitlich am Phantom in zwei1ggf. drei verwechslungssicheren Anzeigefeldern
ablesbar. Zur Bestimmung der Gradientenkurve , der Kontrasttransferfunktion sowie
der aus ihnen abzuleitenden Größen genügt die Schwärzungsmessung mit Hilfe eines
handlichen Klein- oder Mikrodensitometers. Dasselbe gilt für die Bestimmung des
Streustrahlenanteiles in der Filmschwärzung. Alle übrigen Meßgrößen sind visuell
ermittelbar.
-
Vorzugsweise hat das Prüfphantom ein quaderförmiges Gehäuse mit den
Außenmaßen 30 x 30 x 20 cm, wobei die Gehäusewände aus Acrylglas bestehen.
-
Die Stromversorgung der elektronischen Bauteile erfolgt vorzugsweise
aus einer wiederaufladbaren Batterie, so daß leichte Transportierbarkeit und Netzunabhängigkeit
des Gerätes gewährleistet sind.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand,von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher beschrieben.
-
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht
des Prüfphantoms; Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Mehrfach-Prüfeinheit des Prüfphantoms;
Fig. 3 ein weiteres Blockschaltbild einer Mehrfachprüfeinheit des Prüfphantoms;
Fig. 4 eine Schaltskizze einer weiteren Slehrfach-Prüfeinheit des Prüfphantoms und
Fig. 5 ein weiteres Schaltschema einer Mehrfach-Prüfeinheit des Prüfphantoms.
-
Das in Fig. 1 dargestellte Prüfphantom 10 weist ein quaderförmiges
Gehäuse mit einer Oberwand 12, Unterwand 14, Frontwand 16, Rückwand 18, und Seitenwänden
20, 22 auf. Alle Wände bestehen aus Acrylglas. Stattdessen können sie auch aus Preßspanplatten
bestehen.
-
Zur bequemen Transportierbarkeit sind an der Oberwand 12 zwei Handgriffe
24 und 24' vorgesehen. Die Frontwand 16 und die Rückwand 18 haben die Außenmaße
30 x 30 cm. Die Seitenwände 20 und 22 haben die Außenmaße 30 x 20 cm. Die Frontwand
16 liegt im Bereich der fokusnahen bzw. filmfernen Ebene; die Riickwand 18 im Bereich
der fokusfernen bzw. filmnahen Ebene.
-
In Fig. 1 sind mehrere Prüfeinheiten bzw. Teile davon auf der Frontwand
16 eingezeichnet. Hierbei bedeuten die gestrichelten Umrandungen eine Anordnung
der umrandeten Teile in der filmfernen Ebene, die strichpunktierten Umrandungen
eine Anordnung der umrandeten Teile in der filmnahen Ebene und die abwechselnd gestrichelte
und strichpunktierte Umrandung eine Anordnung der umrandeten Teile zwischen der
filmfernen und der filmnahen Ebene.
-
Die Messung der optischen Dichte bzw. der Opazität des Röntgenfilmes
ist im Bereich von 0,2 bis 3,2 in Stufen von 0,3 mit einer zehnstufigen Schwärzungstreppe
30 meßbar. Die Schwärzungstreppe 30 ist in der filmnahen Ebene angeordnet und über
einen Projektionskanal frei Luft mit dem filmfernen Außenraum des Phantomes 10 verbunden.
-
Die immer dichter werdende Strichierung der einzelnen Stufen in der
Schwärzungstreppe 30 soll deren zunehmenc'.e optische Dichte veranschaulichen. Nach
der Exposition sind durch Schwärzungsmossung an der entsprechenden Filmstelle die
Graditionskurve, die Gradientenkurve bzw. Gradiation, der Schwärzungsumfang und
der Bildlcontrast meßbar. Die Schwärzungsmessung ist nit Ililfe eines heute allgemein
verfügbaren, handlichen und nreiswerten Kleindensitometers bequem durchführbar.
-
In der filmfernen Ebene ist weiterhin ein Blei-Fächerraster 32 angeordnet.
Das Blei-Fächerraster trägt den Gewohnheiten der Radiologen Rechnung, ohne Messung
eine schnelle und bequeme visuelle Abschätzung der Bildauilösung vornehmen zu können.
-
Ein in der filmnahen Ebene angeordnetes Blei-Strichraster 34 und ein
in der filmfernen Ebene angeordnetes Blei-Strichraster 36 ermöglichen nach der Exposition
Aussagen über die Auflösung bzw. Detailerkennbarkeit. Hierzu weisen beidc Blci-Strichraster
34, 36 mehrere Linienpaargrunnen mit 0,5 bis 5 Linienpaaren pro mm auf. Aus der
Abbildung des filmnahe gelegenen Blei-Strichrasters 36 sind die Abbildungseigenschaften
des Folienfilmsystemes bestimmbar. Aus der Abbildung des filmfern gelegenen Blei-Strichrasters
36 sind in Vrhj.ndnng mit der Abbildung des filmnahenBlei-Strichrasters zusätzlich
die Einflüsse von Streustrahlung und Geometrie erkennbar. Ist beispielsweise B1
B2 Länge oder Breite des Blei-Strichrasters 34, 36; 1 und B'2 = Länge ihrer Abbildungen
auf dem Röntgenfilm; B'1 v1 = B 1; B'2 V2 = B'2 Vergrößerung der beiden Blei-Strichra-B2
ster; d = Abstand zwischen der filmfernen und der filmnahen Ebene; FOA = Fokus-Objekt-Abstand;
FFA = Fokus-Film-Abstand, dann ergibt sich in bekannter Weise:
Durch die Differenz der aufgelösten Linienpaare pro mm bei den beiden Bildern der
Blei-Strichraster 34 und 36 wird vorwiegend der Einfluß der Brennfleckabmessungen
sichtbar.
-
Zwischen der filmfernen und filmnahen Ebene ist peripher eine 8 cm
dicke Schaumstoffschicht 38 der Dichte 0,3 angeordnet. Durch diese Schaumstoffschicht
werden die Streustrahleneinflüsse des Lungengewebes simuliert. Um ferner auch eine
Simulation der Abbildungseigenschaften von Blutgefäßen innerhalb des Lungengewebes
und von I(nochenstrukturen simulieren zu können, sind 4 zylinderförmige Acrylglas-Stäbchen
und 4 zylindrische Aluminium-Stäbchen 40, 40' in die Schaumstoffschicht 38 eingelagert.
-
Der Einfluß der Gesamtstreustrahlung auf die optische Dichte bzw.
Opazität des belichteten Filmes läßt sich dadurch ermitteln, daß in der filmfernen
Ebene ein etwa 1 cm2 großes und 1 mm dickes Filterstückchen aus Blei angeordnet
ist. Dieses Filterstückchen 42
absorbiert die Prinärstrahlung so
weit, daß durch Schwärzungsmessung die Streustrahlungsintensität auf dem exeonierten
Röntgenfilm meßbar ist.
-
Die Isotropie der Strahlenemission ist durch ein Sternraster 44 meßbar.
Hierzu ist das Sternraster in der filmfernen Ebene, und zwar im äußersten Bereich
angeordnet. Die Anordnung des Sternrasters 44 im äußersten Bereich erfolgt deswegen,
da eine ggf. vorhandene Anisotropie der Strahtenemission sich in den meisten Fällen
an den Bildrändern bemerkbar macht. Selbstverständlich können statt des einen Sternrasters
44 auch mehrere Sternraster vorgesehen sein.
-
illit Hilfe der an der Frontwand 16 befestigten Ihrer leranordnungen
80 und 90 sowie einer noch zu erläuternden Folgeschaltung sind die Röhrenspannung
und die Exnositionszeit- ggf. auch die Oberflächendosis -meßbar. Die Expositionszeit
ist hierbei mit einer Genauigkeit von 0,1 ms mit der unteren Grenze von 1 ms meßbar
und an einem Expositionszeit-Anzeigefeld 52 digital ablesbar. Die Röhrenspannung
ist im Bereich zwischen 60 und 120 KV mit einer Genauigkeit von - 5% meßbar und
an einem Röhrensnannungs-Anzeigefeld 50 digital ablesbar.
-
Die beiden Anzeigefelder 50 und 52 sind an der Seitenwand 20 des Phantoms
10 angeordnet und jeweils aus Gründen der Energieeinsparung mit LCD-Anzeige bestückt.
-
Ein ebenfalls an der Seitenwand 20 betätigbarer Schalter 54 dient
zum Ein- und Ausschalten des Prüf-
phantoms 10. Ferner ist noch
an der Seitenwand 20 eine Löschtaste 53 vorgesehen, mit welcher das Prüfphantom
10, genauer deren Elektronik nach einer Röntgenexposition Tiefer uf den Zustapr1.
vor der Exposition bringbar ist.
-
In Fig. 2 ist eine kombinierte Prüfeinheit zur gleichzeitigen Messung
mehrerer Prüfparameter schematisch dargestellt. Die von der Röntgenröhre ausgehende
Röntgenstrahlung X tritt durch die Frontwand 16 des orüfphantomes 10 und eine Filtereinrichtung70
hindurch und trifft auf zwei zentral angeordnete Wandleranordnungen 80 und 90,die
jeweils von einer Bleifolie ummanteltsind.Die Wandler anordnungen 80 und 90 wandeln
die einfallende Röntgenstrahlung X in zu Prufzwecken weiterverarbeitbare Signale
M1 und M2. Vorzugsweise sind daher die t.Tandleranordnungen 80 und 90 als elektrooptische
Wandler ausgebildet, da elektrische Signale besonders gut verarbeitbar sind.Bei
derartigen Wandleranordnungen können beispielsweise die in der Röntgentechnik erprobten
Ionisationskanmern eingesetzt werden.
-
Sie können auch Sekundärelektronen-Vervielfacher oder Fototransistoren
aufweisen.
-
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einer Röntgenröhre
mit vorgegebener Filterung der Röntgenstrahlung ausgegangen. Die Filtereinrichtung
70 weist daher vor der einen Wandleranordnung 80 einen Bereich 71 auf, der die Röntgenstrahlung
ungehindert durchtreten läßt. Vor der Wandleranordnung 90 ist ein Filterplättchen
72 in Form einer dünnen Titanplatte vorgesehen, Die Ausgangssignale M1 und Pl2 der
Wandleranordnungen 80 und 90 sind dem Röntgenröhrenstrom proportional und stellen
eine die den Wandleranordnungen 80 und 90 zugestrahlte Dosis be-
stimmende
Größe dar. Da die Wandleranordnung 80 die von der Röntgenröhre ausgehende Strahlung
ungeschwächt empfängt, stellt das Ausgangssignal M1 eine die Oberflächendosis bestimmende
Größe dar. Bedientnen sich z. B.
-
bei der Wandleranordnung 30 einer ionisationskammer, dann ist nach
Zuführung des Signals M1 zu einem Dosisbaustein 88 die Oberflächendosis unmittelbar
vom Dosisbaustein 88 ablesbar.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel eisen die Wandleranordnungen
80 und 90 jeweils eine Gadoliniumoxysulfidfolie als Röntgenszintillationsfolie 74,
74' am Wandlereingang auf. Den Röntgenszintillationsfolien 74, 74' ist jeweils ein
Fototransistor 76, 76' nachgeschaltet, dessen.Ausgangssignal eine lineare Abhängigkeit
vom Röntgenröhrenstrom aufweist.
-
Das Ausgangs signal M der Wandleranordnung 80 wird einem Zeitgeber
85 zugeführt, der durch die ansteigende und abfallende Flanke des Signals M1 ein-
und ausgeschaltet wird. Gleichzeitig wird das Signal M1 einem Quotientenbaustein
98 zugeführt. Ferner wird dem Quotientenbaustein 98 das Ausgangssignal r12 der abgeschirmten
Wandleranordnung 90 zugeführt. Dem Quotientenbaustein 98 ist eine dem Quotienten
aus den Signalen M 1 und M2 ein-eindeutige Funktion entnehmbar. Jeder Wert dieser
Funktion entspricht genau einer Röhrenspannung. Durch entsprechende Eichtransformation
des Ausgangssignals des Ouotientenbausteines 98 ist demnach dem Quotientenbaustein
98 auch die Röhrenspannung entnehmbar.
-
Gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Mehrfachprüfeinheit
wird die von einer Röntgenszintillazionsfolie ausgehende Strahlung zwei in Brückenschaltung
angeordneten
Fototransistoren 102 und 202 zugeführt.
-
Die Fototransistoren 102 und 202 sind in den beiden unmittelbar nebeneinander,
von der einen Klemme 160 der Brückenvcrsorgungs Spannung ausgehenden B~:uckellzwei
gen angeordnet. Zwischen den Meßabgriffklemien 104 und 204 der Brückenschaltung
und der anderen Klemme 200 der Brückenversorgungsspannung ist jeweils ein weiterer
Fototransistor 106 und 206 zur Temperaturkompensation vorgesehen. Die Fototransistoren
102, 106, 202 und 206 haben identesclae Kenndaten.
-
Das von der Röntgenszintillationsfolie abgestrahlte Szintillationslicht
steuert in den Fototransistoren 102 und 202 jeweils den übergangswiderstand zwischen
Kollektor und Emitter. Hierdurch wird der zwischen den Klemmen 100 und 200 der Versorgungsspannung
fließende Strom in Abhängigkeit vom Szintillationslicht gesteuert. Dieser Eototransistor-*Strolt
weist eine lineare Abhängigkeit vom Röntgenröhrenstrom auf.
-
Der Meßabgriffklemme 104 ist ein Arbeitswiderstand 208 nachgeschaltet.
Hierdurch wird der durch den Fototransistor 102 fließende Transistorstrom in ein
Spannungssignal umgewandelt. Dieses Spannungssignal wird einem Vorverstärker 110
zugeführt. Der Vorverstärker ist als Operationsverstärker, genauer als Meßverstärker
ausgelegt, mit dem eine Verstärkung bis zum Faktor 100 erzielbar ist. Das vom Arbeitswiderstand
108 ausgehende Signal wird hierbei dem nichtinvertierenden Eingang des Pleßverstärkers
zugeführt.
-
Das vom Vorverstärker 110 ausgehende Signal steuert die Basis eines
Steuertransistors 114, dessen Kollektor mit einer Spannungsquelle 112 verbunden
ist. Der durch den Emitter des Steuertransistors 114 fließende Strom ist streng
proportional zur Basisspannung.
-
Durch den Steuertransistor 114 wird das vom Vorverstärker 110 ausgehende
Spannungssignal in ein Strom-
signal umgewandelt. Das Stromsignal
wird über eine Diode 116 einem Integrator 118 zugeführt. Die Diode 116 dient dazu,
eine Rückwirkung der im Integrator 118 gespeicherten Ladung auf den. $t.e.iiertuansistor
114 zu verhindern. Der Integrator selhst ist in an sich bekannter Weise aus einem
Widerstand 117 mit nachgeschaltetem Kondensator 119 aufgebaut. Die RC-Zeitkonstante
istL= = 10 s. Diese Dauer genügt für die üblichen Exnositionszeiten bei Röntgenaufnahmen.
Das Ausgangssignal des Integrators 118 liegt an dem mit Kanal 1 bezeichneten Punkt.
Zur Löschung der im Integrator 118 gespeicherten Information, genauer zur Entladung
des Kondensators 119 ist eine Löschtaste 120 vorgesehen. Die Löschtaste 120 schließt
den Kondensator 119 kurz.
-
Die Verbindung zwischen der MeBæhq7~iffkJamme 204 und dem mit Kanal
2 bezeichneten Punkt ist in gleicher Weise wie die Verbindung zwischen der Meßabgriffklemme
104 und dem mit Kanal 1 bezeichneten Punkt ausgestaltet. Zur Vermeidung von Wiederholungen
werden daher lediglich die zwischen den beiden Punkten angeordneten Bauelemente
aufgezählt. Diese sind ein Arbeitswiderstand 208, ein Vorverstärker 210, eine Spannungsquelle
212, ein Steuertransistor 214, eine Diode 216 und ein Integrator 218. Auch der Integrator
218 ist wiederum aus einem Widerstand 217 und einem Kondensator 219 aufgebaut. Zur
Löschung der im Integrator 218 gespeicherten Information ist eine Löschtaste 220
vorgesehen.
-
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird dem Fototransistor 102
das durch das Filterplättchen 72 abgeschwächte Röntgenlicht zugeführt. Dem Fototran-
sistor
202 wird das unabgeschwächte Röntgenlicht zugeführt. Demgemäß ist am Punkt Kanal
1 ein Signal abgreifbar, das von der infolge des Filternlättchens 72 abgeschwächten
Röntgenstrahlung abhängt. Am Punkt Kanal 2 ist ein Signal abgreifbar, welches von
der Oberflächendosis abhängt; als Filter wirkt hierbei nur das der Röntgenröhre
vorgegebene Filter. über einen Umschalter 300 sind die Punkte Kanal 1 und Kanal
2 mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Impedanzwandlers 310 verbindbar. Der
Impedanzwandler hat einen äußerst hochohmigen Eingangswiderstand und die Verstärkung
1. Der Ausgang des Impedanzwandlers ist mit seinem invertierenden Eingang rückgekoppelt.
Durch den hochohmigen Eingangswiderstand des Impedanzwandlers wird eine Entladung
des Kondensators 119 verhindert. Dem Impedanzwandler nachgeschaltet ist ein Digitalvoltmeter
320 mit LCD-Anzeige. Durch Umschalten von Kanal 1 auf Kanal 2 sind demnach die beiden
dosisabhängigen, in den Integratoren 118 und 218 gespeicherten Werte vom Digitalvoltmeter
320 ablesbar. Bei geeigneter Auslegung der Wandleranordnung entspricht der dem Punkt
Kanal 2 zugeordnete, am Digitalvoltmeter 320 ablesebare Spannungswert einem Maß
der Oberflächendosis.
-
Stattdessen oder zusätzlich sind die beiden Punkte Kanal 1 und Kanal
2 auch mit den beiden Eingängen eines Divisionsgliedes 311 verbindbar. Das Divisionsglied
ermittelt den Quotienten aus den an den Punkten Kanal 1 und Kanal 2 abgegriffenen
Werten. Da die Röhrenspannung die Funktion dieses Quotientens ist, kann durch Nachsehalten
einer Eichtransformationsstufe 321 die Röhrenspannung unmittelbar abgelesen werden.
-
Zwischen dem Vorverstärker 210 und dem Steuertransistor 214 ist eine
Signalabzweigung vorgesehen, welche eine bistabilde Kippstufe 250 mit definiert
vorgebenem Schwellwert steuert. Jedesmal dann, wenn die ansteigende oder abfallende
Flanke des vom Vorverstärker 210 kommenden Signales einen vorgebenen Werft über-bzw.
-
unterschreitet,kippt die Kippstufe 250 in den einen ihrer beiden stabilen
Zustände. Hierdurch wird einder Kippstufe 250 nachgeschalteter Zähler 260 ein und
ausgeschaltet. Der Zähler zählt die Schwingungen eines Schwingquarzes 270. Als Schwingqilarz
eignet sich ein Ouarz mit einer Frequenz von 6,5536 MIIz. Über eine siebenstellige
Anzeige des Zählers ist eine Periodenmessung im Bereich von 1 s bis 10 s möglich.
-
Hierdurch wird eine äußerst genaue Messung der Expositionszeit sichergestellt.
-
Unter der Voraussetzung, daß die pro Zeiteinheit den Fototransistoren
von der Röntgenröhre zugestrahlte Energie annähernd konstant ist, ist die in Fig.
4 schematisch dargestellte Schaltskizze zur Ermitt]uns der Röhrenspannung und Expositionszeit
verwendbar.
-
Hierbei sind zwei Fototransistoren 102' und 202' seriell zwischen
die Klemmen 100' und 200' einer Versorgungsspannung geschaltet. Der übergangswiderstand
zwischen Emmitter und Kollektor wird in jedem Fototransistor 102', 202' - wie bei
der1 in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel - durch das Szintillationslict
einer Röntgenszintillationsfolie gesteuert. Parallel zum Fototransistor 202' ist
ein Voltmeter 320' angeordnet, dessen eine IXlerme auf dem Potential der Versorgungsspannungsklemme
200' und dessen andere Klemme auf dem Potential am theßabgriffnunkt 104' liegt.
Legt man nun fo]gende Bezeichnungen fest:
R1 R2 = Übergangswiderstand
zwischen Kollektor und Emmiter des Fototransistors 102' bzw. 202'; i = zwischen
den Klemmen 100' und 200' fließender Strom; U0 = Versorgungsspannung; UM = Meßspannung,
dann ergibt sich unter der vereinfachenden Annahme eines ohm'schen Zusammenhanges
zwischen Snannung und Strom in den Transistoren: UM = iR2
Es sind Transistoren erhältlich, deren übergangswiderstand RFTr sich gemäß folgender
Beziehung mit der Bestrahlungsstärke X ändert: RFTr k1X-k2 Daraus folgt:
Aus obiger Gleichung ergibt sich, daß UM eine eineindeutige Funktion des Quotienten
der Bestrahlungsstärken ist. Die obigen Überlegungen gelten auch für den Fall, daß
ein Transistor verwendet wird, dessen Abhängigkeit zwischen Strom und Spannung durch
folgende Beziehung gegeben ist: Un = i i F'£r , mit n = konstant.
-
Unter den oben gemachten Voraussetzungen ist der Quotient aus dem
aufdieFototransistoren 102' und 202'
fallenden Bestrahlungsstärl:en
eine ein - eindeutige Funktion der Röntgenröhrenspannung. Demgemäß ist die Röhrenspannung
von einer Eichtransformationsstufe 321'ablesbar, die mit dem Voltmeter 320' verbunden
ist.
-
Der Ileßabgriffr)unkt 104' ist - wie beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 3 - mit einer Kippstufe 250' mit definiertem Schwellwert verbunden. Diese Kippstufe
schaltet einen nachgeschalteten Zähler 260' ein und aus. Der Zähler 260' zählt die
Perioden eines Schwingquarzes 270'.
-
Demgemäß ist auch mit der in Fig. 4 schematisc dargestellten Schaltskizze
die Expositionszeit und - unter den eingangs genannten Bedingunsen-gleichzeitig
auch die Röhrenspannung meßbar.
-
Ausgehend von dem in Fg. 4 dargestellten Schaltprinzip gelangt man
zu der in Fig. 5 dargestellten Schaltskizze. Die in Fig. 5 dargestellte Schaltskizze
unterscheidet sich im wesentlichen dadurch von der vorangehend beschriebenen Schaltskizze,
daß den der Röntgenstrahlung unterworfenen Fototransistoren 102" und 202" zwei weitere
Fototransistoren 106" und 206" parallel geschaltet und alle vier Fototransistoren
102", 106", 202", 206" zu einer Brückenschaltung verschaltet sind. Die Brückenschaltung
wird über die beiden Klemmen 102" und 202" mit der Versorgungsspannung U0 beaufschlagt.
-
Zur Messung der Röhrenspannung ist ein Voltmeter 320" mit den Ileßabgriffklemmen
104" und 204" verbunden, wobei dem Voltmeter wiederum eine Eichtransformationstufe
321" nachgeschaltet ist.
-
Eine Kippstufe 250" mit definierten Schwellwert ist mit dem tAeßabgriffpunkt
104" verbunden. Die Kippstufe
250" steuert in der vorangehend beschriebenen
Weise einen Zähler 260", welcher die Perioden eines Schwingquarzes 270" zählt.