Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlenbündel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlenbündel. Das übliche Mittel zu diesem Zweck ist eine in dem Strahlenbündel angeordnete Ionisationskammer, deren Ionisationsstrom einem Messwerk zugeführt wird. Durch Eichen der Vorrichtung kann das Messwerk mit einer bestimmten Skaleneinteilung versehen werden, von der die Dosiergeschwindigkeit in Röntgen pro Minute abgelesen wird.
Durch Integration des Messstroms kann die Bestrahlungsdosis in Röntgen bestimmt werden.
Aus den auf diese Weise erhaltenen Resultaten können z. B. Schlussfolgerungen in bezug auf die Belichtungsdauer zum Erzielen der richtigen Schwärzung der photographischen Platte bei der Herstellung von Röntgenaufnahmen gemacht werden. Es ist bekannt, dass die Bestrahlungsdosis nicht der richtige Massstab für die biologische Wirkung ist, die durch von einer nicht natürlichen Strahlungsquelle stammende Ionisation hervorgerufen wird. Es wird jetzt ein Unterschied gemacht zwischen der Bestrahlungsdosis und der absorbierten Dosis, wobei letztere die Menge absorbierter Strahlungsenergie pro Gramm des bestrahlten Stoffes ist. Überdies ist die integrale, absorbierte Dosis interessant, unter der die von dem Patienten absorbierte Gesamtstrahlungsenergie verstanden wird.
In der Röntgendiagnostik wird praktisch alle während der Untersuchung einen Querschnitt des Röntgenstrahlenbündels durchströmende Energie von dem Patienten absorbiert, so dass der Energiestrom im Bündel für die biologisch wirksame Dosis massgebend ist.
Die Vorrichtung zum Messen des Energiestromes in einem Röntgenstrahlenbündel besteht gemäss der Erfindung aus zwei hintereinander angeordneten fonis ationskammern, deren wirksame Oberflächen grösser sind als der Bündelquerschnitt und die durch cin die Strahlen absorbierendes Filter voneinander getrennt sind. Die Schaltung ist derart getroffen, dass die elektrischen Ströme der beiden Ionisationskammern einander entgegengesetzt gerichtet sind; der Unterschied bildet den Messstrom. Weiter sind das Material und die Stärke des Filters und die Elektrodenabstände in den beiden Ionisationskammern derart gewählt, dass die Messströme für mindestens zwei verschiedene Strahlungsqualitäten umgekehrt proportional mit den für diese Strahlungsqualitäten bekannten Massenabsorptionskoeffizienten des Mediums sind, mit dem die Ionisationskammern gefüllt sind.
In der nachfolgender Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels wird die Vorrichtung nach der Erfindung in Einzelheiten erörtert.
Der gemessene Ionisationsstrom ist proportional mit der Dosiergeschwindigkeit. Letztere ändert sich mit der Strahlungsqualität. Der Ionisationsstrom wird von der in der Iönisationskammer pro Zeiteinheit absorbierten Dosis hervorgerufen und ist somit proportional mit dem Produkt der Intensität der Röntgenstrahlen und des Energieabsorptionskoeffizienten des Inhaltes der Kammer. Letztere ändern sich beide mit der Strahlungsqualität.
Werden die Intensitäten durch Int, und Int2 und die Energieabsorptionskoeffizienten durch u1 und t±2 bezeichnet, und die absorbierten Dosen durch Dl und D2, so ist: D2 = Int2 X 82
D1 Intl zum und das Verhältnis zwischen den Intensitäten:
Int2 = D2
Int1 D1 2
Die pro Zeiteinheit absorbierte Dosis in dem Bereich der in der Röntgendiagnostik auftretenden Strahlungsqualitäten ist proportional mit der Dosiergeschwindigkeit, also mit dem Ionisationsstrom. Für D2 und D1 können somit die Ionisationsströme gewählt werden. Daraus ergibt sich, dass der Ionisationsstrom nicht als Mass für die Intensität der Röntgestrahlen dienen kann infolge des Faktors 1/ 2.
Es wurde gefunden, dass ein elektrischer Strom als Mass für diese Grösse benutzt werden kann, der durch die Vorrichtung nach der Erfindung erhalten wird.
Der für Röntgenstrahlen empfindliche Teil der Vorrichtung besteht aus den Ionisationskammern 1 und 2, zwischen denen ein Filter 3 angeordnet ist.
Die Röntgenstrahlenquelle 4 ist schaubildlich angedeutet, sowie das Röntgenstrahlenbündel 5, das die Ionisationskammern 1 und 2 trifft. Das Röntgenstrahlenbündel 5 wird durch die Blende 6 auf einen Querschnitt beschränkt, der an der Messstelle kleiner ist als die Oberfläche der Ionisationskammern.
Bei einer bestimmten Strahlungsqualität und bei einer durch r1 bezeichneten Dosiergeschwindigkeit kann der Ionisationsstrom durch die Kammer 1 durch: lli = Clrl angegeben werden, wobei C5 ein Proportionlitätsfaktor ist. Unter Dosierungsgeschwindigkeit wird die Bestrahlungsdosis pro Zeiteinheit verstanden. Der Faktor C1 wird durch Eichung bestimmt und ist im wesentlichen von der Art des benutzten Gases der Ionisationskammer und von dem Gasvolumen abhängig.
Der Übertragungskoeffizient des Filters 3 für Röntgenstrahlen bei der gegebenen Strahlungsqualität wird Cl genannt, so dass der Strom 112 durch die zweite Ionisationskammer 2 wie folgt angedeutet werden kann: d2
I12 = C1 al 71 d wobei d1 und d2 die betreffenden Elektro den abstände der Ionisationskammern 1 und 2 bezeichnen.
Der Messstrom I1, das heisst der Unterschied zwischen den beiden Ionisationsströmen, ist dabei:
EMI2.1
Dieser Strom wird durch das Anzeigeinstrument 7 eines Elektrometers 8 gemessen. Die Einzelheiten eines solchen Meters sind bekannt, so dass dies nicht näher erläutert wird. Der zu messende Strom fliesst durch den Widerstand 9, der parallel zu dem Elektrometer 8 gelegt ist. Ein Ende des Widerstandes 9 ist durch den Leiter 10 mit einer Elektrode 11 und einer Elektrode 12 jeder der Ionisationskammern verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 9 ist bei 13 mit Erde verbunden.
Die Elektrode 14 in der Ionisationskammer 1, die der Elektrode 11 gegenüberliegt, ist mit einem Ende 15 der Spannungsquelle 16 und die Elektrode 17 in der Ionisationskammer 2, die der Elektrode 12 gegenüberliegt, ist mit dem anderen Ende 18 der Spannungsquelle 16 verbunden. Die Mitte 19 der Spannungsquelle 16 ist mit Erde verbunden. Beide Kammern bilden somit samt dem Widerstand 9 einen geschlossenen Stromkreis, wobei in den Kammern die Ionisationsströme entgegengesetzt gerichtet sind, so dass der Widerstand 9 von dem Differenzstrom durchflossen wird.
Die Spannung über dem Widerstand 9 ist proportional mit diesem Strom.
Für eine andere Strahlungsqualität hat der Übertragungskoeffizient des Filters 3 den Wert a2 und der Proportionalitätsfaktor wird durch C bezeichnet.
Bei einer durch r., bezeichneten Dosiergeschwindigkeit ist der Ionisationsstrom in der Kammer 1: 121= C2r2, und in der Kammer 2: I22 = C2α2r2 d2/d1
Der Messstrom wird in diesem Falle
EMI2.2
Die Ionisationsströme der Kammer 2, in der infolge des Filters eine geschwächte Strahlung auftritt, sind proportional mit den örtlichen Dosiergeschwindigkeiten und da die pro Zeiteinheit absorbierte Dosis auch proportional mit der Dosiergeschwindigkeit ist, folgt daraus, dass: ist X [±1
Int1 I11 2 so dass das Verhältnis zwischen den Intensitäten:
C27alpha;2r2 X 1/ 2 C1α1r1 entspricht, da das Filter gleich bleibt und die Intensität nicht beeinflusst wird.
Die Bedingung, welche die Messströme erfüllen sollen, damit:
I2=Int2 I1=Int1 folgt somit aus:
EMI2.3
und weiter:
EMI3.1
Aus der im Bericht der International Commission on Radiological Units and Measurements (I. C. R. U.) 1956 veröffentlichten Tabelle 1 können die Energieabsorptionskoeffizienten für verschiedene Strahlungsqualitäten abgelesen werden.
Die Übertragungskoeffizienten al und a2 sind von dem Material und der Stärke des zwischen den Ionisationskammern 1 und 2 angeordneten Filtern 3 abhängig. Bei der Wahl des Filters kann davon ausgegangen werden, dass in der Röntgendiagnostik meist ein Aluminiumfilter mit einer Stärke von 1 mm bis einigen Millimetern vor der Strahlenaustrittsöffnung der Röntgenröhre angeordnet wird. Dieses Filter kann somit ganz oder teilweise durch das Filter der Messvorrichtung ersetzt werden.
Der Abstand zwischen den Elektroden 11 und 14 der Kammer 1 ist dl und der Abstand zwischen den Elektroden 12 und 17 der Kammer 2 ist d2. Bei gleichen Oberflächen der beiden Ionisationskammern ist das Volumen jeder Kammer durch den Abstand zwischen den Elektroden bedingt.
Durch passende Wahl der Stärke des Filters und der Elektrodenabstände kann dafür gesorgt werden, dass die vorstehend erwähnte Bedingung erfüllt wird.
Die Messströme bei den gewählten Strahlungsqualitäten sind dabei proportional mit der Intensität der Röntgenstrahlen. Für andere als die gewählten Strahlungsqualitäten kann die Messvorrichtung geeicht werden.
Die Ionisationskammern 1 und 2 sind zu einem Ganzen zusammengefügt und zwischen ihnen ist ein spaltförmiger Raum vorgesehen, in dem das Filter angebracht ist.
Zum Messen der integralen, absorbierten Dosis muss der Messstrom zeitlich integriert werden. In diesem Falle muss der Widerstand 9 entfernt und durch einen Kondensator ersetzt werden. Es kann auch ein Umschalter angebracht werden, dem der am Elektrometer 8 anliegenden Leiter 10 nach Wahl mit dem Widerstand 9 oder mit einer Platte eines Kondensators verbunden werden kann.