NL1011222C2 - Werkwijze en inrichting voor het onderzoeken van lichamen door middel van doordringende straling. - Google Patents

Description

5 *

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET ONDERZOEKEN VAN LICHAMEN DOOR MIDDEL VAN DOORDRINGENDE STRALING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het onderzoeken van lichamen door middel van doordringende straling, waarbij het lichaam doorstraald wordt met een door een stralingsbron uitge-10 zonden stralenbundel, welke door een stralingsdetector wordt gedetecteerd en wordt omgezet in elektrische signalen, waarbij de signalen in een digitaal rekentuig worden bewerkt voor het vervaardigen van een driedimensionale reconstructie van de dichtheidsverdeling van het onderis zochte lichaam, en waarbij de bron en de detector een hoofdzakelijk schroeflijnvormige beweging ten opzichte van het lichaam uitvoeren.

Computertomografie is algemeen bekend.

Bij de klassieke vormen van deze medisch-20 diagnostische techniek behorende werkwijze worden twee verschillende bewegingsconfiguraties toegepast.

Zo zijn er machines van het "rotate only"-type, waarbij bron en detector een cirkelvormige beweging rondom het lichaam uitvoeren. Het zal duidelijk zijn dat 25 hierbij slechts een smal deel van het lichaam, namelijk slechts een "plakje", wordt onderzocht. Hiertoe is de stralingsbron uitgerust voor het opwekken van een stra-lingsbundel die in één richting zeer smal is en welke in de andere richting waaiervormig uitloopt. Uiteraard is de 30 detector hierop aangepast.

Om een groter deel dan een "plakje" van een lichaam te onderzoeken wordt het lichaam na het voltooien van een onderzoek in een eerste "plakje" verschoven, waarna een volgend "aansluitend" plakje wordt onderzocht. 35 Dit proces wordt voortgezet tot een volledige weergave is verkregen van de dichtheidsverdeling binnen het onderzochte gebied. Hierbij streeft men ernaar het onderzoek .101 1 222 2 van elk van de "plakjes" afzonderlijk te laten plaatsvinden, opdat geen onderlinge beïnvloeding plaatsvindt.

Verder zijn er machines bekend van het "translate and rotate"-type. Bij deze machines voeren bron en 5 detector in eerste instantie een lineaire beweging in een vlak uit, waarna een deel van een roterende beweging binnen hetzelfde vlak wordt uitgevoerd. Een dergelijke bewegingsconfiguratie leidt tot soortgelijke resultaten als de eerstgenoemde. Vanwege de mechanische problemen 10 die deze laatste soort configuratie met zich meebrengt, is dit type in onbruik geraakt.

Hierbij wordt er op gewezen dat bij dit type bewegingsconfiguratie de bewegingen in de richting loodrecht op het doorzochte vlak veelal plaatsvinden door het 15 verschuiven van de steun, waarop het te onderzoeken lichaam is geplaatst in plaats van het verschuiven van de bron en de detector. Dit leidt immers tot een constructief eenvoudigere oplossing.

Desondanks blijven inrichtingen voor het uit-20 voeren van een dergelijke werkwijze constructief gecompliceerde installaties. Veelal wordt bij dergelijke inrichtingen slechts een deel van een te onderzoeken lichaam onderzocht, waarbij veelal slechts een deel van het menselijk lichaam, bijvoorbeeld alleen een hoofd of 25 bijvoorbeeld alleen de thorax, wordt onderzocht.

Uit US-A-5 390 112 is een werkwijze bekend voor het onderzoeken van lichamen door middel van doordringende straling, waarbij het lichaam doorstraald wordt met een door een stralingsbron uitgezonden stralenbundel, 30 welke door een stralingsdetector wordt gedetecteerd en wordt omgezet in elektrische signalen, waarbij de signalen in een digitaal rekentuig worden bewerkt voor het vervaardigen van een driedimensionale reconstructie van de dichtheidsverdeling van het onderzochte lichaam, en 35 waarbij de bron en de detector een hoofdzakelijk schroeflij nvormige beweging ten opzichte van het lichaam uitvoeren, waarbij de bron en de detector beide stilstaan, het lichaam wordt bewogen, de bron een kegelvormige stralen- 10 11 222 3 bundel uitzendt, en de detector zich in twee richtingen met eenzelfde grootteorde uitstrekt.

Hierbij moet tegelijkertijd een grote hoeveelheid gegevens in de detector wordt omgezet in elektrische 5 signalen. Dit wordt door de kegelvorm van de stralenbundel en de tweedimensionale structuur van de detector veroorzaakt.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een dergelijke werkwijze die sneller kan 10 worden uitgevoerd.

Dit doel wordt bereikt, doordat het rekentuig het volume, waarin het lichaam zich bevindt, verdeelt in gebieden met een dichtheid boven en onder een vooraf-bepaalde dichtheidsgrens en voert het binnen elk segment 15 onafhankelijke berekeningen uit.

Deze maatregelen hebben tot gevolg dat de hoeveelheid te bewerken gegevens aanzienlijk wordt beperkt, zodat de snelheid wordt verhoogd, terwijl toch van de van belang zijnde gebieden een voldoende oplossend 20 vermogen wordt verkregen.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt een lichaam met een soortelijke dichtheid die groter is dan 2000 kg/m3 onderzocht, bijvoorbeeld een van metaal vervaardigde turbineschoep.

25 Het onderzoek van materiaal met een dergelijke grote dichtheid brengt enige problemen met zich mee; enerzijds leidt de grote dichtheid tot een sterkere verzwakking van de straling, zodat hetzij een grotere stralingsdosis moet worden toegepast, hetzij detectoren 30 moeten worden toegepast, welke ingericht zijn voor het detecteren van kleinere hoeveelheden straling.

Een ander probleem, dat zich in het bijzonder voordoet bij lichamen met een hoge dichtheid, is het zogenaamde "verharden" yan de straling. Dat wil zeggen 35 dat bij het uitzenden van een straling binnen een bepaalde bandbreedte de verdeling van de straling binnen deze bandbreedte tijdens de doorgang door het lichaam verandert; stralingscomponenten met een grotere golflengte 1011222 4 worden beter geadsorbeerd dan stralingscomponenten met een kleinere golflengte. Ook dit leidt tot een verstoring van de veelal aangenomen lineairiteit van de verzwakking. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt bij de bereke-5 ningen hiermee rekening gehouden.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm wordt een beeldversterker gebruikt. Deze beeldversterker vergroot de sterkte van de straling, opdat ook bij een grote verzwakking door het te onderzoeken lichaam de 10 straling gemakkelijker kan worden gedetecteerd.

Volgens weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm berekent het digitale rekentuig de rotatie-as en de rotatiebeweging van de bron en de detector ten opzichte van het lichaam.

15 Deze maatregel maakt het mogelijk eventuele uitlijnfouten te corrigeren.

Volgens weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm verdeelt het rekentuig het volume, waarin het lichaam zich bevindt in gebieden met een dichtheid boven en 20 onder een voorafbepaalde dichtheid, en voert het rekentuig binnen elk segment onafhankelijke berekeningen uit.

Deze segmentatie maakt het mogelijk de berekeningen sterk te vereenvoudigen. De grote verschillen in dichtheid tussen gebieden, waar materiaal aanwezig is en 25 waar geen materiaal aanwezig is, maken het mogelijk een dergelijke scheiding uit te voeren. Deze scheiding leidt tot een belangrijke vereenvoudiging van de berekeningen, omdat de gebieden zonder materiaal worden genegeerd.

Volgens een laatste voorkeursuitvoeringsvorm 30 voert het rekentuig binnen verschillende volumesegmenten metingen en berekeningen uit met een verschillende nauwkeurigheid. Door deze configuratie bestaat de mogelijkheid bepaalde, van belang zijnde segmenten, bijvoorbeeld kritisch belaste onderdelen van bijvoorbeeld turbine-35 schoepen, nauwkeudiger te onderzoeken. Het is immers van het grootste belang van deze specifieke stukken zoveel mogelijk informatie te verkrijgen.

1011222 5

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuur, welke een doorsnede-aanzicht toont van een inrichting volgens de onderhavige uitvinding, welke is ingericht voor het 5 uitvoeren van een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding.

In de figuur is een te onderzoeken turbine-schoep 1 aangegeven, welke is gefixeerd in een klemin-richting 2. De kleniinrichting 2 omvat middelen voor het 10 zich volgens een schroeflijnbeweging doen voortbewegen van de te onderzoeken turbineschoep 1. Hiertoe wordt gebruik gemaakt van een besturingscomputer 3. Voor het opwekken van röntgenstraling wordt gebruik gemaakt van een röntgenbron 4. Aan de andere zijde van de turbine-15 schoep 1 is een stralingsversterker 5 aangebracht, welke in het bijzonder geschikt is voor het versterken van straling binnen die golflengte, die door de röntgenbron 4 wordt uitgezonden.

Alhoewel hierbij sprake is van een bron voor 20 het uitzenden van röntgenstraling, is het mogelijk stra-lingsbronnen toe te passen met een golflengte buiten het gebied van röntgenstraling, bijvoorbeeld gammastraling.

In dat geval zal de stralingsversterker 5 uiteraard tevens voor de desbetreffende straling moeten zijn inge-25 richt.

Aansluitend op de stralingsversterker 5 is een videocamera 6 bevestigd. Hierbij gaat men er van uit dat de stralingsversterker de straling omzet naar zichtbaar licht, hetgeen door de videocamera kan worden geregis-30 treerd. Het van de videocamera afkomstige signaal wordt toegevoerd naar een rekentuig 7 dat gekoppeld is met een beeldscherm 8. Het rekentuig 7 voert de desbetreffende berekeningen uit. Tevens is het mogelijk hiervoor een ander rekentuig te gebruiken. Zoals in de aanhef reeds 35 gesteld is, wordt hierbij gebruik gemaakt van algoritmen, welke gebaseerd zijn op het thema van Fourier; hierbij wordt als het ware een matrix met bijzonder grote afmetingen opgelost. Deze rekenwijze lijkt beter te voldoen 1011222 6 en tot snellere en nauwkeurige resultaten te leiden dan de uit de stand van de techniek bekende werkwijze voor het door middel van een iteratief verdelingsproces bepalen van de matrix. Wanneer de dichtheidsverdeling bekend 5 is, wordt deze in modelvorm gebracht, en door middel van een 3D-visualisatieprogramma op het beeldscherm 8 zichtbaar gemaakt. Dergelijke programma's zijn op zich bekend. Hierbij is het mogelijk vanuit de holle ruimten van het onderzochte lichaam het lichaam waar te nemen.

10 Tevens is het mogelijk bepaalde onderdelen van het lichaam weg te snijden, opdat een beter beeld van de vormen van het lichaam kunnen worden verkregen. Hierbij is deze maatregel in het bijzonder de toepassing van turbineschoepen van belang; deze zijn immers voorzien van 15 inwendige kanalen, waarbij tussen de kanalen en de buitenzijde van de schoep een kleine wanddikte aanwezig is. Het zal duidelijk zijn dat bij de hoge belastingen van deze turbineschoepen deze wanddikte een minimale maat moet overschrijden. Door middel van de werkwijze volgens 20 de onderhavige uitvinding kan een en ander goed worden waargenomen.

Verder is een juiste geometrie van het inwendige van een schoep van cruciaal belang voor het koelen van de schoep.

101 12 22

Claims (13)

1. Werkwijze voor het onderzoeken van lichamen 5 door middel van doordringende straling, waarbij het lichaam doorstraald wordt met een door een stralingsbron uitgezonden stralenbundel, welke door een stralingsde-tector wordt gedetecteerd en wordt omgezet in elektrische signalen, waarbij de signalen in een digitaal rekentuig 10 worden bewerkt voor het vervaardigen van een driedimensionale reconstructie van de dichtheidsverdeling van het onderzochte lichaam, en waarbij de bron en de detector een hoofdzakelijk schroeflijnvormige beweging ten opzichte van het lichaam uitvoeren, waarbij de bron en de 15 detector beide stilstaan, het lichaam wordt bewogen, de bron een kegelvormige stralenbundel uitzendt, en de detector zich in twee richtingen met eenzelfde grootteorde uitstrekt, met het kenmerk, dat het rekentuig het volume, waarin het lichaam zich bevindt, verdeelt in 20 gebieden met een dichtheid boven en onder een vooraf-bepaalde dichtheidsgrens en voert het binnen elk segment onafhankelijke berekeningen uit.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een lichaam met een soortelijke dichtheid 25 die groter is dan 2000 kg/m3 wordt onderzocht, bijvoorbeeld een van metaal vervaardigde turbineschoep.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat gebruik gemaakt wordt van een tussen het voorwerp en de detector geplaatste beeldversterker.

4. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het digitale rekentuig de rotatieas van de rotatiebeweging van de bron en de detector ten opzichte van het lichaam berekent.

5. Werkwijze volgens een van de voorafgaande 35 conclusies, met het kenmerk: - dat het onderzochte lichaam gebieden omvat met onderling hoofdzakelijk verschillende geometrie, J011222 δ - dat de segmenten worden gekozen om hoofdzakelijk samen te vallen met de gebieden, - dat binnen de segmenten metingen worden uitgevoerd met een verschillende nauwkeurigheid, en 5. dat het rekentuig binnen verschillende volu- mesegmenten berekeningen met een verschillende nauwkeurigheid uitvoert.

6. Werkwij ze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat bij het construeren van 10 de reconstructie gebruik gemaakt wordt van Fourier-analyse langs lijnintegralen.

7. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat reconstructie van het lichaam wordt gepresenteerd als een 3D-weergave.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat delen van de 3D-weergave van het onderzochte lichaam verwijderbaar zijn.

9. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk: 20. dat een stralingsbron gebruikt wordt die een aan verharding onderhevige straling uitzendt, en - dat bij de reconstructie de effecten van verharding tenminste ten dele worden gecompenseerd door een correctieberekening, waarbij gebruik wordt gemaakt van 25 een tijdens eerdere metingen verkregen correctiemodel.

10. Inrichting voor het onderzoeken van een lichaam door middel van doordringende straling, omvattende : - een steun voor een te onderzoeken lichaam; 30. een stralingsbron voor het door het te onder zoeken lichaam heen uitzenden van een kegelvormige bundel van doordringende straling; - een zich in ten minste twee dimensies uit-strekkende detector voor het detecteren van de het li- 35 chaam doorlopen hebbende straling; met het kenmerk, dat de steun is ingericht voor het het lichaam laten doorlopen van een schroeflijnvormi- 1011222 , * ge beweging ten opzichte van de stilstaande bron en detector.

11. Inrichting volgens conclusies 10, met het kenmerk, dat de bron en de detector zijn gedimensioneerd voor het onderzoeken van lichamen van materiaal met 5 dichtheid die groter is dan 2000 kg/m3, bijvoorbeeld een turbineschoep.

12. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat tussen de steun en de detector een beeldversterker is geplaatst.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de detector een videocamera omvat. 4011222