DE2233345C2

DE2233345C2 - Vorrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels Durchstrahlung desselben durch Röntgenstrahlen

Info

Publication number: DE2233345C2
Application number: DE2233345A
Authority: DE
Inventors: Jay A. Framingham Mass. Stein; Roderick Belmont Mass. Swift
Original assignee: American Science and Engineering Inc
Current assignee: American Science and Engineering Inc
Priority date: 1971-07-07
Filing date: 1972-07-07
Publication date: 1983-11-10
Also published as: SE381807B; DE2233345A1; FR2145325A5; CA965883A; US3780291A; GB1381202A

Description

25

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbilden eines Objekts mittels Durchstrahiung desselben durch Röntgenstrahlen, mit einer Röntgenröhre, einem Kollimator in Form einer Schlitzblende, die aus dem Strahlenkegel der Röntgenröhre einen Strahlenfächer ausblendet, der auf einen langgestreckten Empfänger ausgerichtet ist, sowie mit einer rotierenden Abtastblende, die aus dem Strahlenfächer einen bleistiftförmigen Strahl ausblendet, der durcn das Objekt hindurch in periodischer Folge den Empfänge, abtastet, dessen Ausgangssignale einem Bildgerät zugeführt werden, das durch gleichzeitige Relativbewegung zwischen Objekt und Empfänger eine zweidimensionale Abbildung des Objekts liefert.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (US-PS 24 77 307) arbeitet mit einer rotierenden, trommeiförmigen Abtastblende mit einer um ihren Umfang angeordneten Gruppe von punktförmigen Löchern zum periodischen Ausblenden des bleistiftförmigen Strahls. Dabei ergeben sich, bedingt durch die geometrischen Abmessungen der ortsfesten und der rotierenden Blende, unerwünscht große Abmessungen und eine schlechte Strahlungsnutzung. Bei einer anderen, aus der US-PS 31 46 350 bekannten Vorrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels Röntgenstrahlung wird beim Zerhacken eines Bleistiftstrahles unveränderlicher Richtung eine hochgradige Strahlungsnutzung dadurch erzielt, daß das Röntgenstrahlenbündel durch eine ebene Kreisscheibenblende zerhackt wird, um einen Bleistiftstrahl unveränderlicher Richtung zu erzeugen. Zur besseren Ausnutzung der Röntgenstrahlungsenergie ist es ferner bei einer ähnlichen Anordnung bekannt, zwei relativ zueinander rotierende Trommeln mit geneigt zueinander angeordneten Schlitzen zu verwenden (US-PS 28 25 817).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art in einfacher und gedrungener Bauweise zu gestalten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abtastblende aus einer rotierenden Scheibe mit einem oder mehreren radialen Schlitzen besteht, deren Rotationsachse gegen die Ebene des Strahlenfächers parallel versetzt ist.

Dadurch ist eine weniger aufwendige, leicht mit hoher Genauigkeit herzustellende Anordnung optimal gedrungener Ausführung geschaffen, und die Abtastblende liegt in einer Ebene, die im allgemeinen nahe am zu prüfenden Objekt liegen kann, im Gegensatz zu den bisherigen trommeiförmigen Abtastblenden, welche gegen das Objekt gewölbt sind und zu Parallaxerscheinungen führen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchleuchtung von Paketen und

Fig.2 eine Vorrichtung ähnlich der nach Fig. 1 zur Durchleuchtung von Personen.

Im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, bei der die Vorrichtung in ihrer Anwendung zur Inspektion von Paketen zwecks Feststellung von Kontrabanden veranschaulicht ist, wird ein zu untersuchendes Paket 11 zur Erzeugung einer Abbildung 12 der Kontrabande am Bildschirm eines Fernsehgerätes 13 durch die Strahlen α,ηβτ Röntgenröhre 14 durchleuchtet. Diese Röntgenröhre ist in üblicher Weise zur Erzeugung eines Strahlungskegels 15 ausgebildet, aus welchem durch einen nachgeschalteten Kollimator 17 in Form einer Schlitzblende ein Strahlenfächer 16 ausgeblendet wird.

Zur Ausblendung eines bleistiftförmigen Strahlenbündels 23 aus dem Strahlenfächer 16 ist eine rotierende Abtastblende 18 mit mehreren Radialschlitzen 21 vorgesehen, die in Pfeilrichtung 24 umläuft, so daß das ausgeblendete Strahlenbündel 23 in periodischer Folge geradlinig von oben nach unten abgelenkt wird derart, daß es einen geradlinigen, hinter dem Paket 11 angeordneten vertikalen Empfänger 25 von oben nach unten in regelmäßiger Folge abtastet.

Der Kollimator 17 besteht aus einer für Röntgenstrahlen undurchlässigen Blende mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Schlitz und die Abtastblende 18 aus einer für Röntgenstrahlen undurchlässigen rotierenden Blende mit für Röntgenstrai-ten durchlässigen Schlitzen 21.

Das Paket 11 ruht auf einem in Pfeilrichtung 28 bewegten Transportband 27. Durch die Relativbewegung des Empfängers 25 bzw. seiner vertikalen Abbildungslinie gegenüber dem Paket 11 ergibt sich, wie ohne weiteres ersichtlich ist, eine zweidimensionale Abbildung in Form von vertikalen Zeilen.

Der Empfänger 25 ist als Wandler zur Umwandlung der Röntgensignale in Lichtsignale und der Lichtsignale in elektrische Bildsignale ausgebildet, die über seinen Ausgang 26 dem Fernsehgerät 13 als Steuersignale zugeleitet werden. Im Empfänger 25 sind zur Umwandlung der Röntgensignale in Lichtsignale Kristalle der Natriumiodid- und Zäsiumiodidgruppe und zur Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale Fotomultiplier an den Ausgängen der Kristalle vorgesehen.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform zur Inspektion einer Person 42 nach Kontrabanden. Dabei ist die Röntgenröhre 14 zusammen mit dem Kollimator 17 und der Abtastblende 18 auf einer Hebebühne 41 angebracht. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der nach F i g. 1 lediglich noch dadurch, daß der Empfänger 25 horizontal angeordnet ist und zusammen mit der Hebebühne beispielsweise von einer oberen bis in eine untere Lage verstellt wird, um so zu einer Abbildung 12 in horizontalen Zeilen zu gelangen. Dabei ist der Schlitz im Kollimator 17 ebenfalls horizontal liegend angeordnet, so daß durch die Abtastblende 18

eine Horizontalablenkung des Strahlenbündels 23 beispielsweise von links nach rechts zustande kommt.

In den Abbildungen sind die einzelnen Bauteile in auseinandergezogener Stellung dargestellt, während sie in Wirklichkeit in wesentlich geringerer Entfernung zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind.

Es sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich. So kann es beispielsweise zur Kontrolle von Passagieren im Flugverkehr zweckmäßig sein, die Passagiere einzeln in Vertikalbewegung über einen Fahrstuhl oder Paternoster durch die Kontrolleinrichtung zu bewegen. Des weiteren kann man den Empfänger oder einen zusätzlichen Empfänger auch zwischen Strahlungsquelle und Medium anordnen, etwa um die Beeinflussung der Röntgenstrahlen durch Reflexion bzw. Streuung zur Feststellung bzw. Abbildung der zu findenden Gegenstände auszunutzen. Durch gleichzeitige Ausnutzung dieser verschiedenen Einflüsse kann die Leistungsfähigkeit des Gerätes verbessert werden.

Die Anordnung sowohl zur Paket- ab auch Personeninspektion wird zweckmäßig so getroffen, daß die Entfernung zwischen der Strahlungsquelle und dem Empfänger nicht größer als etwa 1,80 m ist Bei Paketen von 80 · 50 - 40 cm, die in ihrer Längsrichtung durch die Prüfzone bewegt werden, ergibt sich dabei durch unterschiedliche Vergrößerung von Front- und Rückseite des Objektes eine Verzerrung von im allgemeinen nicht mehr als ± 19%. Dabei läßt sich eine Auflösung für jo die meisten Objekte von etwa 1 mm² erreichen. Bei einer Auflösung von 1 mm ergeben sich für ein Objekt mit etwa 50 cm Ausdehnung 500 Abtastungen ohne Lücken oder Überlappung, während größere Pakete durch eine entsprechend größere Zahl von Abtastungen J5 oder mit Lücken zwischen den Abtastzeilen abzubilden sind. In jedem Fall kann die Abbildung in einem üblichen Bildgerät mit 512 Zeilen ohne Verlust von Einzelheiten der Darstellung erfolgen.

Bei einer Transportgeschwindigkeit der Pakete mit w 250 mm/sec, 25<J Abtastungen/Sekunde (oder 4 Millisekunden/Abtastung), ergibt sich für eine Auflösung von

1 mm und 60 cm Abtastlänge für ein 50 cm langes Paket eine Abtastdauer von 2 Sekunden.

Eine übliche Röntgenröhre, die mit 60 bis 100 kV und 10 mA arbeitet, ergibt eine Ausleuchtung bei einer Entfernung des Empfängers 25 von 1,80 m durch Millionen von Röntgenquanten je Quadratmillimeter und Sekunde. Eine Wolframanodenröhre bei 100 kV und 15 mA erzeugt eine Ausleuchtung am Empfänger 25 von etwa 10⁷ Quanten/mm²/Sekunden mit einem breiten Energiespektrum von 20 bis 100 keV. Bei Erzeugung von 250 000 Auflösungselementen im zwei Sekunden ergibt sich für jedes der ausgeleuchteten Elemente eine Expositionszeit von zwei/250 000 Sekunden oder von acht Mikrosekunden. Bei einer Ausleuchtung des Empfängers 25 mit 10⁷ Quanten/mm² · s würde jedes Element bei Abwesenheit eines absorbierenden Mediums etwa 80 Quanten je Exposition empfangen. Zieht man die Absorption durch Packmaterial von energieschwachen Röntgenstrahlen in Betracht, wird man mit einer Exposition durch 10 bis 20 Quanten je Auflösungselement während einer Exposition über

2 Sekunden zu rechnen haben, eine Exposition, die ausreicht, um die gewünschte und Schwarz-Weiß-Unterscheidung zu erlangen.

Es ist wichtig, daß der Empfänger 25 nahezu mit einhundert Prozent Wirkungsgrad arbeitet. Die Röntgenstrahlen erzeugen Ausgangssignale, weiche mehrfach stärker sind als das Grundrauschen des Photomultipliers, welches sich somit vollständig durch einen Schwellwert unterdrücken läßt- Da ferner der Empfänger 25 sehr schmal ausgeführt werden kann, läßt sich auch der Einfluß von Streustörungen durch das Paket verschwindend klein halten, und es kann daher mit einem Minimum an Röntgendosis gearbeitet werden, die verglichen mit der täglichen Dosis aus der kosmischen Strahlung und natürlicher Radioaktivität oder der Dosis für Aufnahmen mit Röntgenfilmen sehr gering ist Mit dem beschriebenen Gerät kann daher ohne Gefahr für Menschen und Güter gearbeitet werden.

Die Röntgenröhre für das Gerät arbeitet zweckmäßig mit veränderlichen Spannungen bis zu 150 kV, um so die Bildqualität optimal einstellen zu können; beispielsweise ist die Röntgenröhre für eine Spitzenspannung von 150 kV, einen Spitzenstrom von 5 bis 10 mA und einer Brennpunktgt'öße von 0,4 mm ausgelegt Dabei ergibt sich in Verbindung mit den obigen Gi^iJenangaben ein Schlitz 21 mit einer Weite von 03 mm für tie Auflösung von 1 mm. Wird die Abtastblende 18 näher an den Empfänger 25 herangerückt, so kann ein breiterer Schlitz Anwendung finden, jedoch müßte der Durchmesser de:· Scheibe entsprechend vergrößert werden. Umgekehrt kann eine kleinere Scheibe verwendet werden, wenn man sie näher an die Röntgenröhre 14 heranrückt, und die Abmessung des Schlitzes müßte verringert werden. Ein guter Kompromiß ergibt sich mit der V/ahl einer Scheibe mit 03 mm-Schlitz etwa in der Mitte zwischen der Röntgenröhre 14 und dem Empfänger 25. Die Schlitze werden zweckmäßig aus Wolframeinsätzen in der Scheibe gebildet. Die Rotationsgeschwindigkeit der Abtastblende 18 ergibt sich aus der für die Exposition zur Verfügung stehenden Zeit Für 500 Abtastungen in zwei Sekunden muß die Abtastblende 18 bei sechs Abtastungen je Umlauf mit 2500 Umdrehungen je Minute rotieren.

Ein Natriumiodid-Kristall empfängt Röntgenstrahlen unter 200 keV mit 100% Wirkungsgrad. Ein solcher Empfänger mit Abmessungen von 2,5 ■ 2,5 ■ 60 cm läßt sich leicht aus zwei oder drei kürzeren Stücken zusammensetzen. Durch optisches Koppeln eine·: 23 cm großen Photomultipliers an den Ausganp jedes der Natriumiodid-Kristalle läßt sich eine vollständige und gleichmäßige Lichtsammlung über die Länge des Empfängers und ein normalen Vsrhältnissen entsprechendes Bildsignal erzeugen, das nach Verstärkung in der üblichen Weise zur Bilderzeugung verwendet werden kann.

Ein Verstärker kann für Frequenzen der Ausgangssignale des PhotomultipKers von 0 Hz bis 1 MHz ausgelegt s;ein, um in einem 500 Abtastungen enthaltenden Bild alle Expositionen von vollständiger Durchsichtigkeit des Mediums bis zu den praktisch vorkummenden Absorptionen zu erfassen. Durch Anwendung einer möglichst hohen Verstärkung im Photomultiplier selbst kann man handelsübliche Verstärker für die elektrischen Bildsignale, wie z. B. normale Oszillograph-Vorverstärker, verwenden.

Die beschriebene Vorrichtung läßt sich nicht nur für die angegebenen Zwecke einsetzen, sondern kann auch für andere Aufgaben Verwendung finden, beispielsweise in der Medizin. Auch läßt sich die Einrichtung durch Anordnung von gleichzeitig arbeitenden Einheiten der dargestellten Art abändern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels Durchstrahlung desselben durch Röntgenstrahlen, mit einer Röntgenröhre; einem Kollimator in Form einer Schlitzblende, die aus dem Strahlenkegel der Röntgenröhre einen Strahlenfächer ausblendet, der auf einen langgestreckten Empfänger ausgerichtet ist, sowie mit einer rotierenden Abtastblende, die aus dem Strahlenfächer einen bleistiftförmigen Strahl ι ο ausblendet, der durch das Objekt hindurch in periodischer Folge den Empfänger abtastet, dessen Ausgangssignale einem Bildgerät zugeführt werden, das durch gleichzeitige Relativbewegung zwischen Objekt und Empfänger eine zweidimensionale Abbildung des Objekts liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastblende (18) aus einer rotierenden Scheibe mit einem oder mehreren radialen Schlitzen (21) besteht, deren Rotationsachse gegen die Ebene des Strahlenfächers parallel versetzt ist