[0001] Die Erfindung gehört zum Bereich der Registrierung von Röntgenstrahlung und kann
sowohl in der medizinischen Röntgenografie als auch zur körperlichen Durchsuchung
aus Sicherheitsgründen zwecks Erkennung von gefährlichen und im bzw. auf dem Körper
bzw. in der Kleidung versteckten Gegenständen oder Stoffen eingesetzt werden.
[0002] Zur Zeit finden in der Röntgendiagnostik digitale, röntgenografische Systeme eine
breite Anwendung, in denen das zu untersuchende Objekt abgetastet wird und die eine
Aufnahme unter niedriger Strahlungsdosis für den Patienten liefern. Zur Registrierung
der Strahlung werden in diesen Anlagen proportionale Vieldrahtkammem (MWPC) und später
entwickelte Szintillationsdetektoren eingesetzt. (S. E. Baru et al., SU-Urheberzeugniss
Nr. 1505214, IPC G 01 T 5/12, 1987; S. E. Baru et al., SU-Urheberzeugniss Nr. 1615651,
IPC G 01 T 5/12, 1987; E. A. Babichev et al., "Nucl. Instr. and Meth.", A 323, 1992,
49; S. E. Baru et al., "Nucl. Instr. and Meth.", in Phys.
[0003] Res., A 392, 1997, 12; und später entwickelte Szintillationsdetektoren von S. N.
Selesnev et al., "Automessung", 1996, Nr. 6, S. 80).
[0004] Die mit dem Aufbau und dem Funktionsprinzip der Kammern verbundenen Besonderheiten
aber beschränken die Möglichkeiten dieses Detektors wegen nicht zufriedenstellender
Auflösung.
[0005] Die Auflösung der Szintillationsdetektoren überschreitet auch 1-2 Linienpaare pro
mm nicht. In den Detektoren mit lichtisolierten Kanälen ist die maximale Kanalbreite
1 mm (Szintillationselektronische Strahlungsdetektoren sind Hartkörperdetektoren neuer
Generation, Zustand, EntvOcklungsaussichten, industrielle Anwendung, s.V. D. Ryzhikov
et al., Preprint. Chartcov, Wissenschaftlich technischer Konzem "Institut Monokristallov"/
Institut für Monokristalle, 1996], und in den Detektoren mit nicht lichtisolierten
Kanälen, und zwar solchen Detektoren, die in der Schrift Automessung von S. N. Selesnev
et al., 1996, Nr. 6, S. 80, eingesetzt wurden, ist die räumliche Auflösung durch die
Lichtbindung von benachbarten Kanälen beschränkt und beträgt 1,3 Linienpaare pro mm.
Eine Verringerung der Szintillatorbreite zur Verbesserung der Auflösung führt zu einer
Verschlechterung der Qualität des Detektors wegen der Wirksamkeitsverminderung der
Fotonenregistrierung.
[0006] Durch das Patent EP 0 597 725, IPC G01V, 5/00, 12.11.93, ist eine abtastende Anlage
bekannt, in der ein Szintillationsdetektor eingesetzt wird. Die gelieferte, optische
Abbildung wird verstärkt und danach in eine digitale Form umgewandelt. Eine weitere
Verarbeitung der digitalen Abbildung erlaubt, eine Abbildung des ganzen Körpers zu
erhalten. Die Auflösung dieser Anlage ist niedrig.
[0007] Hinsichtlich der technischen Merkmale steht die im Patent US 5 959 302, IPC G01T,
1/185, 27.05.97, beschriebene, radiografische Vorrichtung hoher Auflösung der Anlage
gemäß der vorliegenden Erfindung am nächsten.
[0008] Diese Anlage umfasst eine lonisierungsstrahlungsquelle, deren Strahlung auseinanderläuft,
einen Kollimator in Form eines länglichen Spalts, wobei der Kollimator ein flaches
Strahlungsbündel liefert, ein Registrierungsgerät des flachen Strahlungsbündels, wobei
die Strahlung durch das zu untersuchende Objekt hindurchgeht, und eine Ableseelektronik.
Das Registrierungsgerät enthält mindestens einen Detektor der lonisierungsteilchen,
der eine Gaskammer mit einem Fenster zum seitlichen und vorderen Strahlungseingang
und drei flache Elektroden aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Im Raum
zwischen der ersten Elektrode und zweiten Elektrode wird die Strahlung in Elektronen
umgewandelt, und im Raum zwischen der zweiten und dritten Elektrode erfolgt eine Verstärkung
durch Multiplikation dieser Elektronen.
[0009] Der Nachteil dieser Vorrichtung ist das Drei-Elektroden-System, in dem die zweite
Elektrode durchsichtig sein soll, damit die im Umwandlungsraum entstandenen Elektronen
in den Multiplikationsraum gelangen. Eine solche Elektrode wird meistens aus Drähten
hergestellt, die beim Abtasten vibrieren, wodurch die Arbeit des Detektors wesentlich
verschlechtert wird.
[0010] Die Gasverstärkung beschränkt außerdem die Schnellwirkung des Detektors wegen des
Einflusses der Raumladung und lässt die Füllung des Detektors mit Gas unter einem
Druck von über 10
6Pa (10at) nicht zu, wodurch die räumliche Auflösung beschränkt wird. Ein weiterer
Nachteil, der mit dem Einsatz der Gasverstärkung verbunden ist, ist die Anforderung
an die Reinheit des Gasgemisches, das öfter ausgewechselt werden muss.
[0011] Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer röntgenografischen Anlage
mit Hochauflösung, wirksamerer Registrierung von lonisierungsquanten, die ein größeres
Ladungsvermögen sicherstellt, und mit einfacherem und damit sichererem Aufbau.
[0012] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der bekannten, abtastenden, röntgenografischen
Anlage eine lonisierungsstrahlungsquelle, ein Kollimator in Form eines länglichen
Spalts, der zur Erzeugung eines flachen Strahlungsbündels bestimmt ist, und ein Registrierungsgerät
des Strahlungsbündels, wobei die Strahlung durch das zu untersuchende Objekt hindurchgeht,
einschließlich einer Ablese-, Datenverarbeitung- und Ausgabeelektronik und mindestens
eines Detektors der ionisierenden Teilchen vorgesehen sind, der ein dichtes, mit Gas
gefülltes Gehäuse aufweist, das aus strahlungsdurchlässigem Material mindestens an
der Ein- und Ausgangsstelle der lonisierungsstrahlung besteht und in dem ein ebener
Kondensator parallel zur Fläche des Strahlungsgangs mit einer auf beiden Kondensatorseiten
liegenden Vollanode und Kathode angeordnet ist; die Kathode ist in Streifen unterteilt,
die fächerartig angeordnet sind und auf einen Punkt ausgerichtet sind, der der Brennpunkt
der Röntgenstrahlungsquelle ist; die Streifenlänge der Kathode ist so ausgelegt, dass
eine vollständige Wechselwirkung der lonisierungsstrahlung gewährleistet ist, wobei
jeder Streifen mit einem einzelnen Speicherkondensator verbunden ist, dessen Ladung
durch die Elektronik abgelesen wird.
[0013] Zur Erhöhung der Wirksamkeit der Registrierung kann der Raum zwischen der Gehäusewand
an der Eingangsstelle der Strahlung und dem ebenen Kondensator mit einem dielektrischen
Mittel gefüllt werden, das eine niedrigere ionisierungsstrahlungsabsorption im Vergleich
zum Gas aufweist.
[0014] Das dielektrische Mittel kann teilweise zwischen der Anode und der Kathode des flachen
Kondensators angeordnet werden.
[0015] Zur Sicherstellung der vorgegebenen Auflösung in Abtastrichtung sind die Vollanode
und die Kathode des ebenen Kondensators an den vorderen Kanten in der Richtung des
Strahlungsbündels mit Platten aus die lonisierungsstrahlung absorbierendem Material
ausgestattet, die zusammen mit dem dazwischenliegenden, dielektrischen Mittel eine
Membran bilden.
[0016] Zwischen der Anode und der Kathode am Ende des Strahlungspfads kann ein zusätzlicher
Körper angeordnet werden, der zur Fixierung des Raums dazwischen bestimmt ist.
[0017] Die Einführung der mit Kathodenstreifen verbundenen Kondensatoren bedingt eine Arbeitsweise
mit Kumulation der Ladung (Integralbetrieb) im Unterschied zu der Zählung einzelner
lonisierungsstrahlungsquanten, die in der Vorrichtung nach dem Patent US 595302, IPC
G01T, 1/185, 27.05.97, realisiert wird.
[0018] Die Einführung eines dielektrischen Mittels im Raum zwischen der Gehäusewand an der
Eingangsstelle der Strahlung und dem flachen Kondensator verringert die Verluste der
lonisierungsstrahlung und steigert somit die Wirksamkeit der Registrierung.
[0019] Die Membran, die mittels Platten aus die lonisierungsstrahlung absorbierendem Material
gebildet wird, und das dielektrische Mittel geben die benötigte Auflösung in Abtastrichtung
vor und vermindern die Anforderungen an das zulässige Vibrationsniveau und an die
Justierung einzelner Teile der abtastenden Anlage.
[0020] Die Beschreibung der Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine allgemeine Ansicht einer Anlage gemäß der Erfindung und
- Fig. 2
- einen Querschnitt durch einen Detektor der lonisierungsstrahlung, die durch das zu
untersuchende Objekt hindurchgegangen ist.
[0021] Die Anlage umfasst eine lonisierungsstrahlungsquelle 1, die vorzugsweise eine Röntgenquelle
ist, einen Kollimator 2, ausgeführt in Form einer Blende mit einem länglichen Spalt
zur Erzeugung eines flachen Strahlungsbündels 3, einen durch ein zu untersuchendes
Objekt 5 hindurchgehenden Strahlungsdetektor 4, der ein dichtes Gehäuse 6 aufweist
und mit Gas unter einem Druck von 20-49 at gefüllt sowie aus für die lonisierungsstrahlung
durchlässigem Material mindestens an der Eingangsstelle der Strahlung besteht, wobei
sich im Strahlungsdetektor 4 ein flacher Kondensator mit einer Vollanode 7 und einer
in Streifen unterteilten Kathode 8 befindet. Die Vollanode 7 und die Kathode 8 werden
auf gegenüberliegenden Seiten des flachen Strahlungsbündels angeordnet, der parallel
zu dem zu untersuchenden Objekt läuft.
[0022] Um eine Parallaxe zu beseitigen, sind die Streifen fächerförmig angeordnet und auf
einen Punkt ausgerichtet, der der Brennpunkt der lonisierungsstrahlung ist. Die Länge
der Streifen ist so ausgelegt, dass die lonisierungsstrahlung mit dem Gas im Raum
zwischen der Vollanode 7 und der Kathode 8 zu fast 100 % zusammenwirken kann. Ein
dielektrisches Mittel 9 ist zwischen der Gehäusewand 6 an der Eingangsstelle der Strahlung
und dem ebenen Kondensator angeordnet und ragt teilweise in den Raum zwischen der
Vollanode 7 und der Kathode 8 des Kondensators hinein. Platten 10 aus strahlungsundurchlässigem
Material, die an den Kanten der Vollanode 7 und der Kathode 8 befestigt sind, bilden
zusammen mit dem dielektrischen Mittel 9 eine Membran, die die erforderliche Auslösung
in Abtastrichtung gewährleistet. Ein zusätzlicher Körper 11, der zwischen der Vollanode
7 und der Kathode 8 am Ende des Strahlungspfads liegt, fixiert den Raum dazwischen.
Eine Ablese-, Datenbearbeitungs- und Ausgabeelektronik 12 ist teilweise innerhalb
und teilweise außerhalb des Detektorgehäuses 6 angeordnet.
[0023] Die Anlage arbeitet in folgender Weise. Die lonisierungsstrahlung der Quelle 1 geht
durch den Kollimator 2 hindurch, wobei sie die Form eines flachen Strahlungsbündels
3 annimmt, und gelangt nach dem Durchgang durch das zu untersuchende Objekt 5 zum
Detektor 4 in den Kondensatorraum zwischen den Elektroden 7, 8 des ebenen Kondensators,
der unter Hochspannung steht und der das Gehäuse 6 füllende Gas unter Bildung von
Elektronen und Ionen ionisiert. Unter Wirkung des elektrischen Felds wandern die Ladungen
zur Vollanode 7 und Kathode 8, wobei sie die an die Streifen der Kathode 8 angeschlossenen
Kondensatoren laden. Die an jedem Streifen kumulierte Ladung wird von der Ablese-,
Datenverarbeitungs- und Ausgabeelektronik 12 gemessen. Die Röntgenabbildung wird dann
durch Abtasten des Detektors zusammen mit der Strahlungsquelle 1 entlang des zu untersuchenden
Objekts 5 erzeugt.
[0024] Die Erfindung kann in vielen Wissenschaftsbereichen, in der Wirtschaft und Medizin
eingesetzt werden.
[0025] Eine große dynamische Bandbreite des Gasdetektors erlaubt, die Anlage zur Erkennung
der inneren Struktur von unterschiedlichen Stoffen, Erzeugnissen und Vorrichtungen
in der Industrie anzuwenden.
[0026] Wegen der kleineren Strahlungsdosis kann die Anlage bei wiederholten, vorbeugenden
Röntgenstrahlungsuntersuchungen sowohl am Patienten als auch am gesunden Menschen
eingesetzt werden. Es besteht kein Hindernis in der Anwendung der Anlage bei einer
persönlichen Durchsuchung, beispielsweise von Fluggästen, aus Sicherheitsgründen zwecks
Erkennung von gefährlichen und im bzw. auf dem Körper bzw. in der Kleidung versteckten
Gegenständen oder Stoffen.
Bezugszeichenliste
[0027]
- 1
- lonisierungsstrahlungsquelle
- 2
- Kollimator
- 3
- flaches Strahlungsbündel der Ionisierungsstrahlung
- 4
- Detektor der lonisierungsstrahlung
- 5
- zu untersuchendes Objekt
- 6
- Detektorgehäuse
- 7
- Vollanode
- 8
- Kathode aus Streifen
- 9
- dielektrisches Mittel
- 10
- Platten zwischen den Elektroden
- 11
- zusätzlicher Körper
- 12
- Ablese-, Datenverarbeitungs- und Ausgabeelektronik
1. Abtastende, röntgeriografische Anlage, die eine lonisierungsstrahlungsquelle (1),
einen Kollimator (2) in Form eines länglichen Spalts, der zur Erzeugung eines flachen
Strahlungsbündels (3) bestimmt ist, ein Registrierungsgerät (4) des Strahlungsbundels
(3), das durch ein zu untersuchendes Objekt (5) hindurchgeht, eine Ablese-, Datenverarbeitungs-
und Ausgabeelektronik (12) und mindestens einen Detektor (4) für die ionisierenden
Teilchen umfasst, der ein dichtes, mit Gas gefülltes Gehäuse (6) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Detektorgehäuse (6) aus für die lonisierungsstrahlung durchlässigem Material
mindestens an der Eingangsstelle der Ionisierungsstrahlung besteht und dass ein ebener
Kondensator mit auf dessen beiden Seiten und parallel zum Strahlungsgang liegender
Vollanode (7) und einer in Streifen unterteilter Kathode (8) angeordnet ist, diese
Streifen fächerartig angeordnet und auf einen Punkt ausgerichtet sind, der der Brennpunkt
der Ionisierungsstrahlungsquelle (1) ist, die Streifenlänge der Kathode (8) so ausgelegt
ist, dass eine vollständige Absorption der Ionisierungsstrahlung im Gas gewährleistet
ist, und jeder Streifen mit einem einzelnen Speicherkondensator verbunden ist, dessen
Ladung durch die Elektronik (12) abgelesen wird.
2. Abtastende, röntgenografische Anlage, die eine lonisierungsstrahlungsquelle (1), einen
Kollimator (2) in Form eines länglichen Spalts, der zur Erzeugung eines flachen Strahlungsgangs
bestimmt ist, ein Registrierungsgerät (12) des Strahlungsbündels, das durch ein zu
untersuchendes Objekt (5) hindurchgeht, eine Ablese-, Datenverarbeitungs- und Ausgabeelektronik
(12) und mindestens einen Detektor (4) für die ionisierenden Teilchen umfasst, der
ein dichtes, mit Gas gefülltes Gehäuse (6) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (6) aus für die lonisierungsstrahlung durchlässigem Material mindestens
an der Eingangsstelle der lonisierungsstrahlung besteht und dass ein ebener Kondensator
mit auf dessen beiden Seiten und parallel zum Strahlungsgang liegender Vollanode (7)
und in Streifen unterteilter Kathode (8) angeordnet ist, diese Streifen fächerartig
angeordnet und auf einen Punkt ausgerichtet sind, der der Brennpunkt der Ionenstrahlungsquelle
(1) ist, die Streifenfänge der Kathode (8) so ausgelegt ist, dass eine vollständige
Absorption der lonisierungsstrahlung im Gas gewährleistet ist, jeder Streifen mit
einem einzelnen Speicherkondensator verbunden ist, dessen Ladung durch die Elektronik
(12) abgelesen wird, und der Raum zwischen der Gehäusewand (6) an der Eingangsstelle
der Strahlung und dem ebenen Kondensator mit einem dielektrischen Mittel (9) aus einem
Material gefüllt ist, das ein niedrigeres Absorptionsvermögen als das des Gases aufweist.
3. Anlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Mittel (9) teilweise im Spalt zwischen der Vollanode (7) und der
Kathode (8) des flachen Kondensators angeordnet ist.
4. Anlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vollanode (7) und die Kathode (8) des ebenen Kondensators an den vorderen Kanten
bezüglich der Strahlungsrichtung mit Platten (10) aus die lonisierungsstrahlung absorbierendem
Material bestehen, die zusammen mit dem dazwischen liegenden, dielektrischen Mittel
(9) eine Eingangsmembran bilden, die die vorgegebene Kanalgröße in Abtastrichtung
gewährleistet.
5. Anlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein zusätzlicher Körper (11) zwischen der Vollanode (7) und der Kathode (8) des ebenen
Kondensators am Ende des Strahlungspfads angeordnet ist, wobei dieser Körper teilweise
den Raum dazwischen fixiert.