WO2009063057A2 - Monitor for analyzing x-ray beams - Google Patents

Abstract

The invention describes a radiation monitor for detecting the density of the radiation of an X-ray source, which passes through a surface. The radiation monitor comprises a plurality of optical waveguides which are arranged parallel in a plane perpendicular with respect to the main radiation direction of the radiation source. The optical waveguides have a scintillating and/or fluorescent material for generating optical signals when radiation enters the optical waveguides. Furthermore, the optical waveguides are connected at least at one end to a detector for converting the optical signals into electric signals.

Description

Monitor zur Analyse von Röntgenstrahl - Bündeln Monitor for analyzing X-ray bundles

B E S C H R E I B U N GDESCRIPTION

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Monitor zur Analyse der Strahlungsdichte von Röntgenstrahlung oder anderer hochenergetischer Partikel oder Strahlungen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Monitor zur Überwachung der von Röntgenröhren emittierten Strahlung.The invention relates to a monitor for analyzing the radiation density of X-radiation or other high-energy particles or radiation. In particular, the invention relates to a monitor for monitoring the radiation emitted by x-ray tubes.

Stand der TechnikState of the art

Bei bildgebenden Röntgengeräten, speziell bei Computertomographen (CT) hängt die Qualität der Bilder unter anderem von der Qualität der Röntgenstrahlen, insbesondere von der Verteilung der Leistung über den Strahlquerschnitt bzw. über den Winkelbereich ab. In der Regel ist diese Verteilung nicht homogen, sondern kann Schwankungen oder Spitzen bzw. Einbrüche aufweisen, die sich auf die Qualität des Bildes auswirken bzw. zuIn imaging X-ray machines, especially computer tomographs (CT), the quality of the images depends, among other things, on the quality of the X-rays, in particular on the distribution of the power over the beam cross section or over the angular range. In general, this distribution is not homogeneous, but may have fluctuations or peaks or burglaries that affect the quality of the image or too

Fehlinterpretationen führen können. Insbesondere bei der Weiterverarbeitung der Pro jektionsradiographien durch die Rückprojektion, wie sie für die CT notwendig ist, machen sich Schwankungen der einfallenden Intensi- tat in der Bildebene als Artefakte im rekonstruierten Datensatz bemerkbar. Diese Artefakte verringern die Auflösung der rekonstruierten Bilder und müssen durch software-basierte Verfahren korrigiert werden, was aber nur teilweise möglich ist.Misinterpretations can lead. In particular, in the further processing of the projection radiographs by the back projection, as is necessary for the CT, fluctuations in the incident intensity in the image plane manifest themselves as artifacts in the reconstructed data set. These artifacts reduce the resolution of the reconstructed images and have to go through Software-based procedures are corrected, but this is only partially possible.

Entsprechend dem Stand der Technik sind verschiedene Arten der Überwachung hochenergetischer Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung bekannt .According to the state of the art, various types of monitoring of high-energy radiation, in particular X-ray radiation, are known.

In der US 5,308,986 ist ein Strahlungsmonitor offenbart, bei dem eine Vielzahl von szintillierenden opti- sehen Fasern parallel nebeneinander angeordnet ist, um die zu überwachende Fläche abzudecken. Jede dieser Fasern umfasst an ihrem der Strahlungsquelle zugeordneten Ende eine kurzes Stück mit szintillierendem Material, sowie daran angekoppelt ein längeres Stück aus nicht szintillierendem Material zur Führung des durch die Szintillation erzeugten Lichtes.No. 5,308,986 discloses a radiation monitor in which a large number of scintillating optical fibers are arranged parallel next to one another in order to cover the surface to be monitored. Each of these fibers comprises at its end associated with the radiation source a short length of scintillating material, and coupled therewith a longer length of non-scintillating material for guiding the light generated by the scintillation.

In der US 4,415,810 ist ein weiterer Strahlungsdetektor mit szintillierenden Faserstücken offenbart. Hierin ist das der Strahlungsquelle zugeordnete Ende der Faser mit einer reflektierenden Schicht beschichtet, um das durch Szintillation erzeugte Licht in die Faser zurück zu reflektieren .In US 4,415,810 a further radiation detector with scintillating fiber pieces is disclosed. Here, the end of the fiber associated with the radiation source is coated with a reflective layer to reflect back the light generated by scintillation back into the fiber.

Nachteilig an diesen aus dem Stand der Technik bekannten Detektoren ist, dass diese aufgrund der hohen Anzahl parallel angeordneter, szintillierender Fasern einen hohen technischen Aufwand erfordern. Weiterhin sind diese Detektoren aufgrund der zum Strahlungsein- tritt senkrecht stehenden Fasern und der weiteren zur Lichtableitung vorgesehenen Fasern in ihrer Bauform relativ dick und können somit kaum in den Strahlengang einer Röntgenröhre zur Überwachung der Strahlung im Betrieb eingesetzt werden.A disadvantage of these known from the prior art detectors is that they require a high technical complexity due to the large number of parallel, scintillating fibers. Furthermore, due to the fibers perpendicular to the radiation entrance and the further fibers provided for the dissipation of light, these detectors are relatively thick in their design and can thus hardly enter the beam path an X-ray tube used to monitor the radiation during operation.

Eine Messung des tatsächlichen Strahlprofils einer Röntgenquelle ist im Bereich der Computertomographie, aber auch in der planaren Durchleuchtung nicht bekannt und mit den beschriebenen Detektoren nicht möglich. Zur Kalibrierung der Abbildungskette werden Aufnahmen ohne Objekte im Strahlengang angefertigt, welche dann später zur Differenzbildung herangezogen werden. Dieses Vorgehen bedingt jedoch, dass für jede Kombination aus Strahlungsintensität, Beschleunigungsspannung und möglicher weiterer Parameter eine eigene Kalibrierung vorliegen muss. Zeitliche Änderungen zwischen der Kalibrierung und der Aufnahme werden nicht berücksichtigt.A measurement of the actual beam profile of an X-ray source is not known in the field of computed tomography, but also in the planar fluoroscopy and not possible with the described detectors. To calibrate the imaging chain, images are taken without objects in the beam path, which are then used later for subtraction. However, this procedure requires that a separate calibration must be available for each combination of radiation intensity, acceleration voltage and other possible parameters. Time changes between the calibration and the recording are not taken into account.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlungsmonitor, insbesondere einen Monitor für Röntgenstrahlung bereitzustellen, der kostengünstig herstellbar ist und eine geringe Einbautiefe in Durchtritt- srichtung der Strahlung aufweist. Dieser Monitor soll immer im Betrieb vor einer Strahlungsquelle, insbesondere einer Röntgenröhre angeordnet bleiben können.The invention has for its object to provide a radiation monitor, in particular a monitor for X-radiation, which is inexpensive to produce and has a low installation depth in the passage direction of the radiation. This monitor should always be able to remain in operation before a radiation source, in particular an X-ray tube.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in dem unabhängigen Patentanspruch angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein erfindungsgemäßer Strahlungsmonitor umfasst mehrere Lichtleiter 10, welche über die zu überwachende Fläche des Strahlungsquerschnitts verteilt sind. Wenigstens ein Ende eines jeden Lichtleiters ist mit einem Detek- tor 21 verbunden. Die Lichtleiter weisen in ihremAn inventive solution to this problem is specified in the independent claim. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims. A radiation monitor according to the invention comprises a plurality of light guides 10, which are distributed over the area of the radiation cross section to be monitored. At least one end of each optical fiber is connected to a detector 21. The light guides have in their

Inneren wenigstens ein Material mit szintillierenden und/oder fluoreszierenden Eigenschaften auf. Dieses Material kann das Lichtleitermaterial selbst oder ein in den Lichtleiter eingebrachtes (dotiertes) Material sein. Trifft nun Strahlung 13 von außen auf einen solchen Lichtleiter 10, dann wird das Material 14 aus szintillierendem und/oder fluoreszierendem Material angeregt und emittiert Strahlung im sichtbaren Bereich. Ein Teil dieser isotrop abgestrahlten Strahlung kann nun im Inneren dieses Lichtleiters bis zu dessen Enden geführt werden. Grundsätzlich kann die Dotierung auch im Mantel erfolgen, jedoch wird die am Ende des Lichtleiters nachgewiesene Intensität deutlich geringer sein, da nur über Streuprozesse oder über einen zweiten Fluoreszenzstoff Licht in den das Licht leitenden Kern eingekoppelt werden kann. Ein Detektor 21 an einem Ende des Lichtleiters wandelt das empfangene Signal in elektrische Signale um. Diese elektrischen Signale können dann von einer Recheneinheit weiterverarbeitet werden. So kann daraus eine Information über die Strahlungsintensitätsverteilung der Fläche ermittelt werden. Eine Rekonstruktion der Verteilung kann mit Hilfe der mathematischen Verfahren, wie sie bei CT Anwendungen üblich sind, erfolgen.Inner at least one material with scintillating and / or fluorescent properties. This material may be the optical fiber material itself or a (doped) material introduced into the optical fiber. If radiation 13 now strikes such an optical waveguide 10 from the outside, then the material 14 is excited from scintillating and / or fluorescent material and emits radiation in the visible range. Part of this isotropically radiated radiation can now be guided inside the light guide up to its ends. In principle, the doping can also take place in the cladding, but the intensity detected at the end of the optical waveguide will be significantly lower, since light can be coupled into the light-guiding core only via scattering processes or via a second fluorescent substance. A detector 21 at one end of the optical fiber converts the received signal into electrical signals. These electrical signals can then be further processed by a computing unit. Thus, information about the radiation intensity distribution of the surface can be determined from this. Reconstruction of the distribution can be done using the mathematical methods that are common in CT applications.

Zur Verbesserung der Lichtausbeute ist bevorzugt ein Ende der Lichtleiter 10 verspiegelt. Besonders günstig ist es, wenn die Lichtwellenleiter parallel zueinander angeordnet sind. Besonders bevorzugt decken die Lichtwellenleiter im Wesentlichen die zu überwachende Fläche des Strahlungsquerschnitts der zu messenden Strahlung ab. Die Lichtwellenleiter sind vorzugsweise über ihre ganze Länge, die in dem bestrahlten Bereich liegt, mit dem szintillierenden bzw. fluoreszierenden Material versehen.To improve the light output, one end of the light guide 10 is preferably mirrored. It is particularly favorable if the optical waveguides are arranged parallel to one another. Particularly preferably, the optical waveguides essentially cover the surface to be monitored of the radiation cross section of the radiation to be measured. The optical waveguides are preferably provided with the scintillating or fluorescent material over their entire length, which lies in the irradiated area.

Alternativ können die Lichtleiter auch sternförmig angeordnet sein.Alternatively, the light guides may also be arranged in a star shape.

Bei den typischerweise zu überwachenden Strahlenquel- len, wie Röntgenröhren, ist die grundsätzliche Geometrie des Strahls bzw. der Strahlungsdichte bekannt. Diese ist im typischen Falle rotationssymmetrisch, elliptisch oder auch rechteckig. Mit dieser Information lassen sich aus den gemessenen Signalen der Detektoren wichtige Hinweise über die Intensitätsdichteverteilung des Strahlenquerschnitts errechnen. So lassen sich beispielsweise Aussagen über die Homogenität des Strahls bzw. die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Leistungsdichte über den Strahl gewinnen. Im einfach- sten Fall ist eine gleichmäßige Verteilung der Strahlungsdichte bzw. eine homogener Strahl dann vorhanden, wenn die Ausgangssignale aller Detektoren gleich oder in einem vorgegebenen Fenster liegen. Bei einer kreisförmigen Anordnung können die Ausgangssignale entspre- chend der bestrahlten Lichtleiterlänge gewichtet werden. Bei stärkeren Abweichungen kann ein Alarm ausge- löst oder ein anderes Überwachungssignal abgegeben werden .With the radiation sources typically to be monitored, such as x-ray tubes, the basic geometry of the beam or of the radiation density is known. This is typically rotationally symmetric, elliptical or even rectangular. With this information, important information about the intensity density distribution of the beam cross section can be calculated from the measured signals of the detectors. For example, statements about the homogeneity of the beam or the uniformity of the distribution of the power density over the beam can be obtained. In the simplest case, a uniform distribution of the radiation density or a homogeneous beam is present if the output signals of all detectors are the same or in a predetermined window. In a circular arrangement, the output signals can be weighted according to the irradiated optical fiber length. For more severe deviations, an alarm may be issued. triggers or another monitoring signal is issued.

Eine bessere Überwachung der Strahlung ist möglich, wenn noch eine zweite Gruppe aus parallelen Lichtwellenleitern hinzugenommen wird. Diese zweite Gruppe ist vorzugsweise in einer parallelen Ebene zur ersten Gruppe und unter einem Winkel gegenüber dieser bezogen auf die Strahlungsachse verdreht angeordnet. Bei rota- tionssymmetrischen Strahlbünden ist ein Winkel von 90° zwischen den beiden Gruppen besonders vorteilhaft. Bei elliptischen Verläufen ist ein entsprechend der Ellipse angepasster Winkel besonders günstig. Durch diese Messung in zwei Achsen können weitere Informationen gewonnen werden, die beispielsweise mit den üblichen bei Computertomographen verwendeten Algorithmen ausgewertet werden können und eine präzise Aussage über die Leistungsdichte der Strahlung ermöglicht.Better monitoring of the radiation is possible if a second group of parallel optical waveguides is added. This second group is preferably arranged in a plane parallel to the first group and at an angle with respect to this with respect to the radiation axis twisted. For rotationally symmetric beam collars, an angle of 90 ° between the two groups is particularly advantageous. For elliptical progressions, an angle adapted according to the ellipse is particularly favorable. By this measurement in two axes further information can be obtained that can be evaluated, for example, with the usual algorithms used in computed tomography and allows a precise statement about the power density of the radiation.

Eine weitere Verbesserung der Anordnung ergibt sich, wenn eine Gruppe von Lichtwellenleitern in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsrichtung der Strahlung drehbar und/oder schwenkbar angeordnet ist. Durch die Drehung der Gruppe aus Lichtwellenleitern ist ein kontinuierliches Abtasten des Strahlenverlaufs möglich. Auch hier werden bevorzugt Algorithmen, wie bei Computertomographen üblich, zur Auswertung herangezogen.A further improvement of the arrangement results when a group of optical waveguides is arranged rotatable and / or pivotable in a plane perpendicular to the main radiation direction of the radiation. By the rotation of the group of optical waveguides a continuous scanning of the beam path is possible. Again, algorithms are preferred, as usual in computer tomography, used for evaluation.

In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfin- düng wird ein einziger Lichtwellenleiter mit einem an einem Ende angebrachten Detektor zur Umwandlung der optischen Signale in elektrische Signale im Strahlen- gang der Strahlung drehbar angeordnet. Hierbei liegt bevorzugt der Mittelpunkt der Drehung in der Achse der Hauptstrahlungsrichtung. Der Lichtwellenleiter hat vorzugsweise eine Länge entsprechend dem Abstand von der Drehachse bis zum Rand des zu untersuchenden Strahlenbereichs. Durch diese Anordnung ist eine lückenlose Abtastung des Strahlenbündels der Strahlung möglich.In a particularly simple embodiment of the invention, a single optical waveguide is provided with a detector mounted at one end for converting the optical signals into electrical signals in the beam. Transition of radiation arranged rotatably. In this case, the center of rotation is preferably in the axis of the main radiation direction. The optical waveguide preferably has a length corresponding to the distance from the axis of rotation to the edge of the beam region to be examined. By this arrangement, a complete scanning of the beam of radiation is possible.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden verschiedene Lichtwellenleiter, welche jeweils mit unterschiedlichen szintillierenden und/oder fluoreszierenden Materialien versehen sind, eingesetzt. Diese unterschiedlichen Materialien sind derart ausgewählt, dass sie bei bestimmten Strahlungsarten bzw. bestimmten Strahlungsenergien angeregt werden. Auf diese Weise ist eine strahlungsselektive Messung möglich. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine erste Monitoranordnung in einer ersten Ebene mit Lichtleitern mit einem szintillierenden und/oder fluoreszierenden Material ausgerüs- tet ist und eine zweite Gruppe von Lichtwellenleitern in einer zweiten Ebene mit einem zweiten szintillierenden und/oder fluoreszierenden Material ausgerüstet ist. Alternativ könnten auch unterschiedliche Lichtwellenleiter wechselweise oder in Gruppen in derselben Ebene angeordnet werden.In a further embodiment of the invention, different optical waveguides, which are each provided with different scintillating and / or fluorescent materials used. These different materials are selected so that they are excited at certain types of radiation or specific radiation energies. In this way, a radiation-selective measurement is possible. It is particularly preferred if a first monitor arrangement is equipped in a first plane with optical fibers with a scintillating and / or fluorescent material and a second group of optical waveguides in a second plane is equipped with a second scintillating and / or fluorescent material. Alternatively, different optical fibers could be arranged alternately or in groups in the same plane.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Computertomographen mit einem Strahlungsmonitor in einer zuvor beschriebenen Ausführungsform. Hierbei wird der Strahlungsmonitor bevorzugt in der Nähe des Austrittsfensters der Röntgenröhre angebracht, um die Strahlung aus der Röntgenröhre zu überwachen. Es können hier Messungen unmittelbar vor der Aufnahme des Patienten durchgeführt werden. Damit kann die Strahlqualität bzw. Strahlgeometrie erfasst und rechnerisch bei der Auswertung des Strahlenbildes des Patienten berücksichtigt werden. Somit können Artefakte aus einem inhomogenen Strahlungsverlauf kompensiert bzw. herausgerechnet werden. Wahlweise kann vor der Abtastung des Patienten eine einmalige Kalibrierungsmessung oder auch während der Abtastung des Patienten eine kontinuierliche Über- wachung des Röntgenstrahls erfolgen.Another aspect of the invention relates to a computed tomography with a radiation monitor in a previously described embodiment. Here, the radiation monitor is preferably mounted in the vicinity of the exit window of the X-ray tube to monitor the radiation from the X-ray tube. It can be here Measurements should be taken immediately before the patient is admitted. Thus, the beam quality or beam geometry can be detected and taken into account mathematically in the evaluation of the radiation image of the patient. Thus, artifacts from an inhomogeneous radiation pattern can be compensated or eliminated. Optionally, before the patient is scanned, a one-time calibration measurement or even during the patient's scan, a continuous monitoring of the X-ray beam can take place.

Obwohl in der vorausgegangenen Darstellung auf einen Strahlungsmonitor Bezug genommen wurde, der bevorzugt senkrecht zur Hauptstrahlungsrichtung des Strahlenbün- dels angeordnet ist, kann ein solcher Monitor auch in beliebigen Winkeln zur Hauptstrahlungsrichtung angeordnet sein. Es ist ebenso möglich, verschiedene Strahlungsmonitore im Strahlengang unter verschiedenen Winkeln anzuordnen.Although in the preceding description reference has been made to a radiation monitor, which is preferably arranged perpendicular to the main radiation direction of the radiation beam, such a monitor can also be arranged at arbitrary angles to the main radiation direction. It is also possible to arrange different radiation monitors in the beam path at different angles.

Durch einen erfindungsgemäßen Strahlungsmonitor ist eine einfache Messung der Röntgenstrahlung möglich, ohne die Qualität des Strahlenbündels zu beeinflussen. Eine solche Messung ist hier auch insbesondere bei Computertomographen vor und/oder während der Aufnahme eines Patienten möglich. Beschreibung der ZeichnungenBy means of a radiation monitor according to the invention, a simple measurement of the X-ray radiation is possible without influencing the quality of the radiation beam. Such a measurement is also possible in particular in computer tomographs before and / or during the admission of a patient. Description of the drawings

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.The invention will be described by way of example below without limiting the general inventive idea by means of exemplary embodiments with reference to the drawings.

Figur 1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung.FIG. 1 shows, in a general form, schematically an arrangement according to the invention.

Fig. 2 zeigt das der Erfindung zugrundeliegende physikalische Prinzip der Strahlungsdetektion .FIG. 2 shows the physical principle of radiation detection on which the invention is based.

Fig. 3 zeigt einen mit szintillierendem und/oder fluo- reszierendem Material bestückten Lichtwellenleiter.FIG. 3 shows an optical waveguide equipped with scintillating and / or fluorescent material.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit parallelen Lichtleitern in einer Richtung.Fig. 4 shows an inventive arrangement with parallel optical fibers in one direction.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit parallelen Lichtleitern und Detektoren an beiden Enden der Lichtleiter .Fig. 5 shows an arrangement according to the invention with parallel optical fibers and detectors at both ends of the optical fibers.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung mit zwei um 90° gegeneinan- der versetzten Gruppen aus Lichtleitern.FIG. 6 shows an arrangement with two groups of light guides offset by 90 ° from one another.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung mit einer Gruppe von Lichtleitern auf einem Drehteller.Fig. 7 shows an arrangement with a group of optical fibers on a turntable.

Fig. 8 zeigt einen einzelnen Lichtleiter auf einem Drehteller . Fig. 9 zeigt eine Anordnung mit sternförmig angeordneten Lichtleitern.Fig. 8 shows a single optical fiber on a turntable. Fig. 9 shows an arrangement with star-shaped light guides.

Fig. 10 zeigt einen erfindungsgemäßen Computertomogra- phen10 shows a computer tomograph according to the invention

Fig. 1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung. Es sind hier zwei Gruppen von parallelen Lichtleitern unter einem Winkel zueinander in einer Ebene (der Zeichenebene) angeordnet. Die erste Gruppe der Lichtleiter 20 ist mit den Detektoren 21 zur Umwandlung der optischen Signale in elektrische Signale verbunden. Die zweite Gruppe der Lichtleiter 23 ist mit den zweiten Detektoren 24 verbunden. Die über die Fläche, hier insbesondere bevorzugt senkrecht zur Zeichenebene eintretende Strahlung, bevorzugt eine Röntgenstrahlung, führt aufgrund der Partikel aus szintillierendem und/oder fluoreszierendem Material zu Lichtemissionen im Inneren der Lichtleiter. Mit steigender Strahlungsintensität steigt auch die Lichtemission an. Weiterhin wird die Lichtemission über einen gewissen Bereich der Länge des Lichtleiters angeregt. Am Ende des Lichtlei- ters kann dann die Summe des über die Länge des Lichtleiters emittierten Lichtes abgegriffen werden. Der Lichtleiter ist hier also ein integrierender Intensitätssensor, der das Integral der Strahlungsintensität entlang seines Verlaufes ermittelt. Bei einer Auswer- tung des Signals aus dem Lichtleiter muss noch berücksichtigt werden, dass dieser entlang seiner Länge eine gewisse Dämpfung aufweist und Signale an einer entfern- ten Position stärker gedämpft werden als Signale an einer Position in der Nähe eines Detektors.Fig. 1 shows in a general form schematically an embodiment of an inventive arrangement. Here, two groups of parallel light guides are arranged at an angle to each other in a plane (the drawing plane). The first group of optical fibers 20 is connected to the detectors 21 for converting the optical signals into electrical signals. The second group of optical fibers 23 is connected to the second detectors 24. The radiation entering via the surface, in this case particularly preferably perpendicular to the plane of the drawing, preferably an X-ray radiation, leads to light emissions in the interior of the light guides due to the particles of scintillating and / or fluorescent material. As the radiation intensity increases, so does the light emission. Furthermore, the light emission is excited over a certain range of the length of the light guide. At the end of the light guide, the sum of the light emitted over the length of the light guide can then be tapped off. The light guide is here thus an integrating intensity sensor which determines the integral of the radiation intensity along its course. When evaluating the signal from the light guide, it must also be taken into account that it has a certain attenuation along its length and that signals are present at a remote location. position more attenuated than signals at a position near a detector.

Durch den Einsatz von wenigstens zwei Gruppen von parallelen Lichtleitern kann in einer Ebene der Intensitätsverlauf der Strahlung ermittelt werden. Die Gruppen sind bevorzugt einer Ebene senkrecht zur Strahlung angeordnet. Bevorzugt entspricht die Anzahl der Gruppen der Anzahl der Symmetrieachsen. Somit können mit zwei Gruppen Strahlenquellen mit elliptischerThrough the use of at least two groups of parallel optical fibers, the intensity profile of the radiation can be determined in one plane. The groups are preferably arranged on a plane perpendicular to the radiation. The number of groups preferably corresponds to the number of symmetry axes. Thus, with two groups of radiation sources with elliptical

Strahlungscharakteristik vermessen werden. Weist die Strahlungsquelle einen solchen elliptischen Querschnitt auf, so ist es besonders günstig, wenn die beiden Gruppen von parallelen Lichtleitern unter einem von 90 Grad abweichenden Winkel entsprechend der Geometrie der Ellipse zueinander angeordnet sind. Bei einem rotationssymmetrischen Querschnitt genügt zur Messung nur eine Gruppe. Im allgemeinen Fall mit unbekannter Strahlungscharakteristik ist es günstig, wenn zwei Gruppen von parallelen Lichtleitern vorzugsweise senkrecht zueinander in einer Ebene senkrecht zur Strahlung angeordnet sind.Radiation characteristic can be measured. If the radiation source has such an elliptical cross section, then it is particularly favorable if the two groups of parallel optical fibers are arranged at an angle deviating from 90 degrees in accordance with the geometry of the ellipse. With a rotationally symmetric cross section, only one group is sufficient for the measurement. In the general case with unknown radiation characteristics, it is favorable if two groups of parallel light guides are arranged preferably perpendicular to one another in a plane perpendicular to the radiation.

Fig. 2 zeigt das grundlegende Funktionsprinzip der Strahlungserkennung in einem Lichtleiter, insbesondere in Form einer lichtleitenden Faser. Ein Lichtleiter 10 weist einen Faserkern 12 und einen darum angeordneten Fasermantel 11 (Cladding) auf. Trifft nun Strahlung, beispielsweise Lichtstrahlung oder Röntgenstrahlung oder auch Partikelstrahlung auf den Lichtwellenleiter, so kann diese mit Partikeln 14 im Inneren des Lichtwellenleiters in Wechselwirkung treten. Diese Partikel sind entsprechend der zu detektierenden Strahlung Partikel aus einem szintillierenden und/oder fluoreszierenden Material. Durch Wechselwirkung mit der Strahlung 13 geben diese Partikel nun Strahlung in Form von Licht ab. Dieses Licht wird prinzipiell in alle Richtungen emittiert. Licht, welches unter einem relativ engen Winkelbereich, dem Akzeptanzwinkel in Längsrichtung der lichtleitenden Faser abgegeben wird, kann in dieser weiter transportiert werden. Ein beispielhafter Strahlengang 15 ist in eine erste Richtung und ein weiterer Strahlengang 16 in eine zweite Richtung eingezeichnet. In diesem Dokument wird in allgemeiner Form auf einen Lichtleiter Bezug genommen. Dieser Begriff umfasst auch Lichtwellenleiter und lichtleitende Fa- sern, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff.2 shows the basic operating principle of radiation detection in a light guide, in particular in the form of a light-conducting fiber. A light guide 10 has a fiber core 12 and a fiber cladding 11 (cladding) arranged around it. If radiation, for example light radiation or X-ray radiation or particle radiation, strikes the optical waveguide, it can interact with particles 14 in the interior of the optical waveguide. These particles are according to the radiation to be detected particles of a scintillating and / or fluorescent material. By interaction with the radiation 13, these particles now emit radiation in the form of light. This light is emitted in principle in all directions. Light which is emitted under a relatively narrow angular range, the acceptance angle in the longitudinal direction of the light-conducting fiber, can be transported further in this. An exemplary beam path 15 is drawn in a first direction and another beam path 16 in a second direction. This document makes reference to an optical fiber in general terms. This term also includes optical waveguides and light-conducting fibers, for example of glass or plastic.

In Fig. 3 ist nochmals ein Lichtleiter entsprechend der Erfindung in einer Ansicht von außen dargestellt. Die Strahlung 13 trifft vorzugsweise senkrecht auf den Lichtwellenleiter 10. An den Enden des Lichtwellenleiters tritt Licht 17 bzw. 18 aus.In Fig. 3, a light guide according to the invention is again shown in a view from the outside. The radiation 13 preferably strikes the optical waveguide 10 perpendicularly. At the ends of the optical waveguide, light 17 or 18 emerges.

Fig. 4 zeigt eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine Gruppe aus parallel angeordne- ten Lichtleitern 20 mit Detektoren 21 an einem Ende verbunden sind.4 shows a particularly simple embodiment of the invention, in which a group of light guides 20 arranged in parallel are connected to detectors 21 at one end.

In Fig. 5 ist eine weitere Variante der Anordnung aus Fig. 4 dargestellt. Hierin sind die Lichtwellenleiter 20 an ihren zweiten Enden mit zweiten Detektoren 22 verbunden. Mit dieser Anordnung kann nun einerseits die unterschiedliche Intensität zwischen den beiden Detek- toren an den beiden Enden eines jeden Lichtleiters sowie auch unterschiedliche Zeitverläufe des detektier- ten Lichtes ausgewertet werden. Aufgrund der unterschiedlichen Intensitäten können weitere Rückschlüsse über die Verteilung des Lichtes und somit der Strahlung gezogen werden. Wird beispielsweise punktförmig Strahlung in einen Lichtwellenleiter 20 in der Nähe eines ersten Detektors 21 eingekoppelt, so ist die gemessene Lichtintensität bei dem Detektor 21 höher als die Lichtintensität bei dem Detektor 22, da das Licht noch einen weiteren Weg bis zum Detektor 22 zurücklegen muss und durch die Dämpfung des Lichtwellenleiters entsprechend abgeschwächt wird. Auch aufgrund der Laufzeit durch den Lichtwellenleiter 20 ergeben sich hier unter- schiedliche Zeitverläufe, so dass der erste Detektor 21 in diesem Falle einen kurzen Puls eher registrieren wird als der über die Länge des Lichtwellenleiters 20 angeschlossene zweite Detektor 22. Durch die Auswertung der Laufzeit kann der exakte Ort der Einstrahlung ermittelt werden. Bei einem breiten Strahlenbündel ergibt sich eine breitere Pulsflanke, so dass aus der Anstiegszeit auch auf die Größe des bestrahlten Bereiches rückgeschlossen werden kann.FIG. 5 shows a further variant of the arrangement from FIG. 4. Herein, the optical fibers 20 are connected at their second ends to second detectors 22. With this arrangement, on the one hand, the different intensity between the two detectors gates at the two ends of each light guide as well as different time courses of the detected light are evaluated. Due to the different intensities further conclusions about the distribution of the light and thus the radiation can be drawn. If, for example, point-shaped radiation is coupled into an optical waveguide 20 in the vicinity of a first detector 21, then the measured light intensity at the detector 21 is higher than the light intensity at the detector 22, since the light has yet to travel another distance to the detector 22 and through the attenuation of the optical waveguide is attenuated accordingly. Also, due to the transit time through the optical waveguide 20, different time courses result here, so that the first detector 21 will register a short pulse in this case rather than the second detector 22 connected over the length of the optical waveguide 20 the exact location of the irradiation can be determined. With a broad beam, a broader pulse edge results, so that the rise time can be used to deduce the size of the irradiated area.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit zwei Gruppen von Lichtleitern. Es sind hier die Lichtleiter der zweiten Gruppe 23 mit ihren Detektoren 24 senkrecht zu den Lichtleitern der ersten Gruppe 20 mit ihren Detektoren 21 angeordnet.Fig. 6 shows a further embodiment of the invention with two groups of optical fibers. Here, the light guides of the second group 23 with their detectors 24 are arranged perpendicular to the light guides of the first group 20 with their detectors 21.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine Gruppe aus parallelen Lichtleitern 20 mit zugehörigen Detektoren 21 auf einem Drehteller 30 angeordnet sind. Die Gruppe muss so breit sein, wie der Durchmesser des Strahlenbündels mit dem nutzbaren Strahlungsquerschnitt 33. Der Drehteller 30 ist in den Bewegungsrichtungen 32 gegenüber der Trägerplatte 31 drehbar. Strahlung in dem nutzbaren Strahlungsquerschnitt 33 kann nun hier besonders hoch auflösend gemessen werden.Fig. 7 shows a further embodiment of the invention, in which a group of parallel optical fibers 20 with associated detectors 21 are arranged on a turntable 30. The group must be as wide as the diameter of the beam with the usable radiation cross section 33. The turntable 30 is rotatable in the directions of movement 32 relative to the support plate 31. Radiation in the usable radiation cross section 33 can now be measured here in a particularly high resolution.

In Fig. 8 ist eine vereinfachte Ausführung der zuvor beschriebenen Variante dargestellt. Anstatt einer Gruppe aus parallelen Lichtleitern wird hier nur ein einziger Lichtleiter 20 eingesetzt. Dieser Lichtleiter geht vorzugweise vom Drehkreismittelpunkt 34, um den sich der Drehteller 30 dreht, bis zum Rand des nutzbaren Strahlungsquerschnitts 33. Während der Drehung werden die Signale des Detektors ausgewertet. Daraus kann das Strahlungsdichteprofil errechnet werden.FIG. 8 shows a simplified embodiment of the previously described variant. Instead of a group of parallel optical fibers only a single optical fiber 20 is used here. This optical fiber is preferably from the center of rotation point 34, around which the turntable 30 rotates, to the edge of the usable radiation cross section 33. During rotation, the signals of the detector are evaluated. From this, the radiation density profile can be calculated.

In Fig. 9 ist eine Ausführung der Erfindung mit sternförmig angeordneten Lichtleitern dargestellt. In diesem Beispiel besteht die Anordnung aus 6 Lichtleitern. Bevorzugt besteht sie je nach geforderter Auflösung aus 4 bis 30 Lichtleitern. Es sind aber auch höhere Licht- leiterzahlen realisierbar.FIG. 9 shows an embodiment of the invention with star-shaped light guides. In this example, the arrangement consists of 6 light guides. Depending on the required resolution, it preferably consists of 4 to 30 light guides. However, higher numbers of optical fibers can also be realized.

Fig. 10 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung am Beispiel eines Computertomographen. Der Computertomograph (CT-Scanner) besteht aus zwei mechanischen Haupt- bestandteilen. Ein stationäres Teil 109 dient als Basis und Träger des ganzen Gerätes, in denen sich das rotierende Teil 108 dreht. Der Patient 104 wird auf einer Liege 107 in der Öffnung des rotierenden Teils positioniert. Zur Abtastung des Patienten mittels Röntgenstrahlen 102 ist eine Röntgenröhre 101 sowie ein dieser gegenüberliegend angeordneter Detektor 103 vorgesehen. Röntgenröhre 101 und Detektor 103 sind auf dem rotierenden Teil 108 drehbar angeordnet. Erfindungsgemäß ist hinter dem Strahlungsaustritt der Röntgenröhre ein Strahlungsmonitor 111 vorgesehen. Ein Drehübertrager 110 dient zur elektrischen Verbindung zwischen dem rotierenden Teil 108 und dem stationären Teil 109.10 shows a device according to the invention using the example of a computer tomograph. The computer tomograph (CT scanner) consists of two main mechanical components. A stationary part 109 serves as the base and carrier of the whole apparatus in which the rotating part 108 rotates. The patient 104 is on a Couch 107 is positioned in the opening of the rotating part. For scanning the patient by means of X-rays 102, an X-ray tube 101 and a detector 103 disposed opposite thereto are provided. X-ray tube 101 and detector 103 are rotatably mounted on the rotating part 108. According to the invention, a radiation monitor 111 is provided behind the radiation exit of the x-ray tube. A rotary transformer 110 serves for the electrical connection between the rotating part 108 and the stationary part 109.

Hierbei werden einerseits die hohe elektrische Leistung zur Speisung der Röntgenröhre 101 in Richtung des rotierenden Teils 108 und gleichzeitig die Rohdaten des Bildes in der entgegengesetzten Richtung übertragen. Parallel hierzu ist eine Kommunikation von Steuerinformationen in beiden Richtungen vorgesehen. Eine Auswerte- und Steuereinheit 106 dient zur Bedienung des Computertomographen sowie zur Anzeige der erzeugten Bilder. Die Kommunikation mit dem Computertomographen erfolgt über eine bidirektionale Verbindung 105. In this case, on the one hand, the high electrical power for feeding the x-ray tube 101 in the direction of the rotating part 108 and at the same time the raw data of the image in the opposite direction are transmitted. Parallel to this, a communication of control information in both directions is provided. An evaluation and control unit 106 serves to operate the computer tomograph and to display the generated images. The communication with the computer tomograph is via a bidirectional connection 105.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 Lichtleiter10 light guides

11 Fasermantel (cladding)11 fiber cladding

12 Faserkern 13 Röntgenstrahlung12 fiber core 13 X-ray radiation

14 Partikel aus szintillierendem bzw. fluoreszierendem Material14 particles of scintillating or fluorescent material

15 Licht15 lights

16 Licht 17 austretendes Licht der ersten Richtung 18 austretendes Licht der zweiten Richtung16 light 17 emerging light of the first direction 18 emerging light of the second direction

20 parallele Lichtleiter in einer ersten Richtung20 parallel optical fibers in a first direction

21 Detektoren21 detectors

22 Detektoren der zweiten Richtung 23 zweite parallele Lichtleiter22 detectors of the second direction 23 second parallel optical fibers

24 zweite Detektoren24 second detectors

30 Drehteller30 turntables

31 Träger31 carriers

32 Bewegungsrichtung 33 nutzbarer Strahlungsquerschnitt 34 Drehkreis-Mittelpunkt32 direction of movement 33 usable radiation cross section 34 center of rotation circle

101 Röntgenröhre101 x-ray tube

102 Röntgenstrahlung102 X-radiation

103 Detektor 104 Patient103 detector 104 patient

105 bidirektionale Verbindung105 bidirectional connection

106 Auswerte- und Steuereinheit106 evaluation and control unit

107 Patientenliege107 patient couch

108 Rotierendes Teil 109 Stationäres Teil108 Rotating part 109 Stationary part

110 Drehübertrager110 rotary transformer

111 Strahlungsmonitor 111 radiation monitor

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Strahlungsmonitor zur Erfassung der Dichte der durch eine Fläche hindurchtretenden Strahlung um- fassend, Lichtwellenleiter mit szintillierendem und/oder fluoreszierendem Material, zur Erzeugung optischer Signale bei Eintritt der Strahlung in den Lichtwellenleiter, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtwellenleiter als eine Gruppe in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsrichtung der Strahlung angeordnet sind und jeder Lichtwellenleiter wenigstens an einem Ende mit einem Detektor zur Umwandlung der optischen Signale in elektri- sehe Signale verbunden ist.1. Radiation monitor for detecting the density of the radiation passing through a surface comprehensive, optical waveguide with scintillating and / or fluorescent material, for generating optical signals when the radiation enters the optical waveguide, characterized in that a plurality of optical waveguides as a group in a plane are arranged perpendicular to the main radiation direction of the radiation and each optical fiber is connected at least at one end with a detector for converting the optical signals into electrical signals see.

2. Strahlungsmonitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter einer Gruppe parallel an- geordnet sind.2. Radiation monitor according to claim 1, characterized in that the optical waveguides of a group are arranged in parallel.

3. Strahlungsmonitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter einer Gruppe sternförmig an- geordnet sind.3. Radiation monitor according to claim 1, characterized in that the optical waveguides of a group are arranged star-shaped.

4. Strahlungsmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter an ihrem zweiten Ende verspiegelt sind. 4. radiation monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the optical waveguides are mirrored at its second end.

5. Strahlungsmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe von Lichtwellenleitern in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsrichtung der Strahlung drehbar und/oder schwenkbar ist.5. radiation monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the group of optical waveguides in a plane perpendicular to the main radiation direction of the radiation is rotatable and / or pivotable.

6. Strahlungsmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Gruppe von parallel in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsrichtung der Strahlung angeordneten Lichtwellenleitern vorgesehen ist, die wenigstens an einem Ende mit einem Detek- tor zur Umwandlung der optischen Signale in elektrische Signale verbunden sind, wobei die zweite Gruppe von Lichtwellenleitern in einem Winkel gegenüber der ersten Gruppe gedreht ist, und wobei sich die beiden Gruppen zumindest teilweise über- läppen.6. radiation monitor according to any one of the preceding claims, characterized in that a second group of parallel arranged in a plane perpendicular to the main radiation direction of the radiation optical waveguides is provided, which connected at least at one end with a detector for converting the optical signals into electrical signals with the second group of optical waveguides rotated at an angle to the first group, and with the two groups at least partially overlapping.

7. Strahlungsmonitor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe 90 Grad beträgt.7. radiation monitor according to claim 5, characterized in that the angle between the first group and the second group is 90 degrees.

8. Strahlungsmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter an ihrem zweiten Ende mit einem weiteren Detektor zur Umwandlung der opti- sehen Signale in elektrische Signale verbunden sind.8. radiation monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the optical waveguide at its second end with a further detector for converting the opti- see signals are connected in electrical signals.

9. Strahlungsmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Lichtwellenleiter mit unterschiedlichen szintillierenden und/oder fluoreszierenden Materialien zur Auflösung unterschiedlicher Strah- lungsarten eingesetzt werden.9. radiation monitor according to one of the preceding claims, characterized in that different optical waveguides are used with different scintillating and / or fluorescent materials for the dissolution of different radiation types.

10. Strahlungsmonitor zur Erfassung der Dichte der durch eine Fläche hindurchtretenden Strahlung umfassend, Lichtwellenleiter mit szintillierendem und/oder fluoreszierendem Material, zur Erzeugung optischer Signale bei Eintritt der Strahlung in den Lichtwellenleiter, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtwellenleiter in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsrichtung der Strahlung angeordnet ist, der wenigstens an einem Ende mit einem Detektor zur Umwandlung der optischen Signale in elektrische Signale verbunden ist, oder an einem Ende verspiegelt ist, und in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsrichtung der Strahlung drehbar und/oder schwenkbar ist, wobei während der Drehung und/oder Schwenkung das Signal des Detektors ausgewertet wird, um die durch die Dichte der Strahlung zu ermitteln.10. radiation monitor for detecting the density of passing through a surface radiation comprising optical fibers with scintillating and / or fluorescent material, for generating optical signals when the radiation enters the optical waveguide, characterized in that an optical waveguide in a plane perpendicular to the main radiation direction of the radiation arranged at least at one end with a detector for converting the optical signals into electrical signals, or is mirrored at one end, and in a plane perpendicular to the main radiation direction of the radiation is rotatable and / or pivotable, wherein during the rotation and / or pivoting the signal of the detector is evaluated to determine the by the density of the radiation.

11. Computertomograph umfassend einen Strahlungsmonitor nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 11. Computer tomograph comprising a radiation monitor according to one of the preceding claims.