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Röntgenuntersuchungsgerät mit einer Meßeinrichtung zur Patientendosimetrie
Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgenuntersuchungsgerät mit einer Meßeinrichtung
zur Ermittlung der Strahlenbelastung, der die Patienten während der Untersuchung
ausgesetzt sind (= Patientendosimetrie).
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In der einschlägigen medizinischen Literatur ist schon wiederholt
darauf hingewiesen worden, daß der größte Teil der Strahlenbelastung der Bevölkerung,
soweit er über die natürliche Strahlenbelastung hinausgeht, seine Ursache in medizinischen
Maßnahmen und dort wiederum nahezu ausschließlich in Maßnahmen der Röntgendiagnostik
hat. Um diese Strahlenbelastung zu erfassen und günstig zu beeinflussen, wurde vorgeschlagen,
eine Meßeinrichtung zu schaffen, die an die vorhandenen Röntgenuntersuchungsgeräte
angeschlossen werden kann und die es erlaubt, die verschiedenen Untersuchungstechniken
und auch die Arbeitsweise der verschiedenen Ärzte hinsichtlich der Strahlenbelastung
des Patienten objektiv miteinander zu vergleichen.
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Schon allein die Möglichkeit eines obäektiven Vergleichs der
Arbeitsweise
der verschiedenen Ärzte wurde einen Fortschritt bedeuten und darüber hinaus ein
Ansporn sein, mit möglichst geringer Strahlenbelastung auszukommen. Da sich die
jeweils tatsächlich applizierte Dosis praktisch nicht ermitteln läßt, wird gefordert,
daß besonders diejenigen für die Strahlenbelastung wesentlichen Faktoren überwacht
werden sollten, die der Messung bei vertretbarem Aufwand zugänglich sind und die
der untersuchende Arzt beeinflussen kann. Dies seien insbesondere die während. der
Untersuchung eingestellte Einfallsdosis und die Größe des Untersuchungsfeldes. Aus
diesem Grunde wird in der Literatur die Messung der Einfallsflächendosis, die in
R ~ cm2 gemessen wird, befürwortet. Sie sei für solche Zwecke gut vergleichbar und
hinreichend aussagekräftig.
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Es ist zu diesem Zwecke auch schon eine Meßeinrichtung bekanntgeworden,
bei der der Primärstrahlenblende in Strahlenrichtung eine Ionisationskammer nachgeschaltet
ist, die so großflächig ausgebildet ist, daß sie auch bei der maximalen, mit der
Primärstrahlenblende einstellbaren Strahlenfeldgröße die gesamte, aus der Primärstrahlenblende
austretende Röntgenstrahlung erfaßt. Auf diese Weise ist der Meßwert von der eingestellten
Feldgröße und von der Einfallsdosis abhängig. Bei dieser Einrichtung ist es jedoch
recht nachteilig, daß der Arzt dazu verleitet werden könnte, mit zu geringer Einfallsdosisleistung
und damit mit zu geringer Bildhelligkeit zu untersuchen. Hierdurch könnten unter
Umständen für die Diagnosestellung wesentliche Einzelheiten übersehen werden. Als
weiterer Nachteil kommt hinzu, daß bei der Messung der Einfallsflächendosis die
Dosisleistung wesentlich eingeht, obwohl sie bei vielen modernen Röntgenuntersuchungsgeräten
durch eine automatische Anpassung an das Untersuchungsobjekt (= Dosisleistungsoptimierung)
außerhalb der Beeinflussungsmöglichkeit des Arztes liegt. Dadurch wird ein Vergleich
des Meßwertes bei der geschilderten Meßeinrichtung bei verschiedenen Röntgenuntersuchungsgeräten
erschwert. Das gilt besonders bei Untersuchungen an Patient an unterschiedlicher
Dicke.
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Diese Nachteile der bekannten Einrichtung regten dazu an, nach einer
neuen Lösung zu suchen. Dabei schälte sich heraus, daß die genannten Nachteile bereits
in der der bekannten Einrichtung zugrundeliegenden Aufgabenstellung begründet sind.
Bei einem Röntgenuntersuchungsgerät mit einer Meßeinrichtung zur Patientendosimetrie
mißt daher erfindungsgemäß die Meßeinrichtung zur Meßwertbildung die Faktoren Durchleuchtungszeit
und ausgeblendete Feldgröße, während sie den variablen Faktor Einfallsdosisleistung
durch eine normiert vorgegebene Größe ersetzt. Durch den Ersatz der Einfallsdosisleistung
durch eine konstant vorgegebene Größe wird der Anreiz genommen, mit ungenügender
Bildausleuchtung zu arbeiten. Trotzdem werden alle vom untersuchenden Arzt zu beeinflussenden
Faktoren, wie die ausgeblendete Fläche des Strahlenfeldes und die Untersuchungsdauer,
die sich letztendlich auf die Strahlenbelastung auswirken, überwacht. Zugleich sind
die Meßergebnisse ungeachtet des gerade verwendeten Röntgenuntersuchungsgerätes
und ungeachtet der Dicke des Patienten direkt miteinander vergleichbar.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können alle den Untersuchungsablauf
kennzeichnenden Faktoren zum Zwecke einer späteren Auswertung einem Datenspeicher
zugeführt werden. Die getrennte Aufzeichnung der einzelnen Faktoren läßt auch Rückschlüsse
auf die Entstehung der gemessenen Strahlenbelastung zu.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung können dem D<enspeicher
zur Kennzeichnung des Untersuchungsablaufs bei d~r Auslösung von Aufnahmen Impulse
zugeführt werden. Auf diese Weise kann das Meßergebnis auch Hinweise über den Untersuchungsablauf
und einer evtl. daraus resultierenden zusätzlichen Strahlenbelastung enthalten.
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Eine besonders elegante Ausführungsform der Erfindung erhält man,
wenn zur Bildung des der Fläche des ausgeblendeten Strahlenfeldes proportionalen
Faktors die Stellungen der das Strahlenfeld begrenzenden Blendenplattenpaare über
Wandler elektrisch
abgebildet und einer multiplizierenden Rechenstufe
zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Meßwertbildung auf rein elektrischem
Wege erfolgen.
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Eine sehr zweckmäßige Ausbildungsform der Erfindung ergibt sich, wenn
bei Verwendung einer an sich bekannten Primärstrahlenblende mit einer optischen
Lichtquelle zur Ausleuchtung des eingeblendeten Strahlenfeldes ein den gesamten
Strahlenaustrittsquerschnitt überdeckender, für optische Strahlung empfindlicher
Meßfühler an der Strahlenaustrittsseite der Primärstrahlenblende angeordnet, und
mit Ausnahme seiner der Primärstrahlenblende zugewandten Strahleneintrittsfläche
lichtdicht gekapselt ist und Schaltmittel zur synchronen Einschaltung der Lichtquelle
und der Röntgenstrahlenquelle vorgesehen sind. Dadurch kann der Meßwert im wesentlichen
mit in der Röntgentechnik gängigen Bausteinen ohne Jeden zusätzlichen Rechenaufwand
gebildet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren in Verbindung mit den
Unteransprüchen. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Röntgenuntersuchungsgerätes
mit einer Meßeinrichtung zur Patientendosimetrie mit rein elektrischer Meßwertbildung,
Fig, 2 eine schematische Darstellung eines Röntgenuntersuchungsgerätes mit einer
strahlungsempfindlichen Meßeinrichtung zur Patientendosimetrie, Fig. 5 ein Beispiel
eines auf Band aufgezeichneten Meßergebnisses, Fig. 4 eine besondere Ausführung
eines strahlungsempfindlichen Meßfühlers.
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Die Fig. 1 zeigt eine Röntgenröhre 1 in schematischer Darstellung,
deren Strahlenkegel 2 durch eine Primärstrahlenblende 3 begrenzt wird, Die Stellungen
der beiden Blendenplattenpaare 4, 5 und 6, 7 der Primärstrahlenblende werden über
Je eine Zahnstangenübersetzung 8, 9 auf zwei Potentiometer 10, 11 übertragen. Die
Potentiometer sind an einer produktbildenden Rechenstufe 12 angeschlossen. Die Spannung,
die an den beiden Potentiometern anliegt, kann über ein Stellglied 13 an der Rechenstufe
12 voreingestellt werden. Der Ausgang der Rechenstufe ist an einen Datenspeicher
14 angeschlossen. Die Rechenstufe ist gemeinsam mit dem Hochspannungsgenerator 15
am Hauptschütz 16 der Röntgenröhre 1 angeschlossen.
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Beim Verstellen der Blendenplattenpaare 4, 5, 6, 7 der Primärstrahlenblende
3 werden für Jedes Blendenplattenpaar Je ein Potentiometer 10, 11 über die Zahnstangenübersetzungen
8, 9 verstellt. Bei Verwendung linearer Potentiometer ist der an diesen eingestellte
Widerstandswert umgekehrt proportional zum Abstand des zugehörigen Blendenplattenpaares.
Die Rechenstufe 12 wird über einen Kontaktsatz des Hauptschützes 16 synchron mit
der Röntgenröhre 1 an Spannung gelegt und auch wieder abgeschaltet. Die bei eingeschalteter
Röntgenröhre an den Potentiometern 10, 11 anliegende Spannung kann am Stellglied
13 als konstante Größe voreingestellt werden. Der Strom, der durch Jeden Potentiometer
fließt, ist dann proportional zu dieser konstant vorgegebenen Größe und zumimomentanen
Abstand des zugehörigen Blendenplattenpaares. Das Ausgangssignal der Rechenstufe
12, das ein Produkt aus den beiden Potentiometerströmen ist, ist folglich proportional
zum eingeblendeten Strahlungsfeld und zur mit dem Stellglied 13 konstant vorgegebenen
Größe, die hier als Ersatz für eine angenommene Einfallsdosisleistung stehen kann.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung für die Patientendosimetrie
zeigt die Fig. 2. In schematischer Darstellung erkennt man eine Röntgenröhre 17
eines Röntgenuntersuchungsgerätes 18, eine vor dem Strahlenaustrittsfenster 19 der
Röntgenröhre befestigte Primärstrahlenblende 20 und einen vor der Strahlenaustrittsöffnung
21 der Primärstrahlenblende angebrachten Meßfühler 22. Ein aus der Primärstrahlenblende
austretender Röntgenstrahlenkegel 23 ist auf eine Stützwand 24, einen vor der Stützwand
befindlichen Patienten 25 und einen in Strahlenrichtung dem Patienten nachgeschalteten
Leuchtschirm 26 gerichtet. Das Röntgenuntersuchungsgerät 18 ist an einen Röntgenapparat
27 angeschlossen. In dem Röntgenapparat befinden sich eine Steuereinheit 28 und
ein von dieser geschalteter Hochspannungsgenerator 29 für die Stromversorgung der
Röntgenröhre 17. Die Steuereinheit ist an einem manuellen Auslöser 30 und an einer
aus einem Schaltverstärker 31 und einer Meßkammer 32 bestehenden Belichtungsautomaten
angeschlossen, Die Primärstrahlenblende 20 enthält verstellbare Blendenplatten 33,
34, eine Glühlampe 35 und unmittelbar vor dem Strahlenaustrittsfenster 19 der Röntgenröhre
17 einen halbdurchlässigen Spiegel 36. Der vor der Strahlenaustrittsöffnung 21 der
Primärstrahlenblende 20 befestigte Meßfühler 22 ist mit Ausnahme seiner Strahleneintrittsfläche
37 mit einer lichtdichten Umhüllung 38 versehen. An den Stromkreis der Glühlampe
ist ein Datenspeicher 39 angeschlossen. Der Meßfühler 22 ist mit dem Meßeingang
40 des Datenspeichers verbunden. Sowohl in den Stromkreis für die Glühlampe 35 und
den Datenspeicher 39 als auch für den Meßeingang 40 des Datenspeichers ist Je ein
Unterbrecherkontakt 41, 42 vorgesehen.
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Die beiden Unterbrecherkontakte werden von der Steuereinheit 28 gleichzeitig
mit dem Einschalten der Stromversorgung für die Röntgenröhre 17 geschlossen.
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Bei der Betätigung des manuellen Auslösers 30 schaltet die Steuereinheit
28 über den Hochspannungsgenerator 29 die Stromversorgung für die Röntgenröhre 17
und gleichzeitig über den Unterbrecherkontakt 41 die Stromversorgung für die Glühlampe
35 und den Datenspeicher 39 ein. Zugleich wird auch über den Unterbrecherkontakt
42 der Meßfühler 22 mit dem Meßeingang 40 des Datenspeichers verbunden. Mit den
Blendenplatten 33, 34 der Primärstrahlenblende 20 werden in gleicher Weise die Röntgenstrahlung
und die von der Glühlampe ausgehende optische Strahlung auf einen bestimmten Strahlenkegel
begrenzt. Die auf den MeBf~uhler 22 auftreffende optische Strahlung und Röntgenstrahlung
verändern dessen Innenwiderstand. Der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals des
Meßfühlers wird im Datenspeicher 39 aufgezeichnet. Wird mit Hilfe der Blendenplatten
der Primärstrahlenblende ein kleineres Röntgenstrahlenfeld ausgeblendet, so verringert
sich damit in gleicher Weise auch das optisch ausgeleuchtete Feld auf dem Meßfühler.
In entsprechender Weise verkleinert sich damit auch dessen Ausgangssignal. Nach
Beendigung der Durchleuchtung wird von der Steuereinheit 28 synchron mit der Röntgenröhre
17 auch die Stromversorgung für die Glühlampe 35 und den Datenspeicher 39 unterbrochen.
Das nämliche gilt auch beim Auslösen einer Aufnahme. In diesem Fall wird lediglich
der Abschaltvorgang von der Meßkammer 32 des Slichtungsautomaten ausgelöst.
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Die Fig. 3 zeigt das auf Band aufgezeichnete Meßergebnis von drei
verschiedenen Untersuchungen. Auf der Abzisse sind r; r zeitliche Verlauf und auf
der Ordinate der Betrag des Me;- ertes aufgetragen. Die steil aufsteigenden Flanken
43 kennzeichnen den Untersuchungsbeginn, die steil abfallenden Flanken 44 die Beendigung
der jeweiligen Untersuchung. Der Wegabschnitt 45 nahe der Abzisse kennzeichnet eine
Einstellung des Strahlenfeldes mit Hilfe des Lichtvisiers bei abgeschalteter Röntgenröhre.
Dabei ist jedoch die Verwendung eines Meßfühlers 49 entsprechend der Darstellung
in Fig. 4 Voraussetzung. An den schräg ansteigenden Flanken 46 und den schräg abfallenden
Flanken 47 wurde die Einblendung des Strahlenfeldes
verkleinert.
Die schmalen Spitzen 48 sind aufnahmebedingte Uberlagerungen des durch Röntgenstrahlung
bedingten Fotostroms bei Röntgenaufnahmen. Der Strom der Glühlampe 35 (Fig.2) ist
so einreguliert, daß der durch die optische Strahlung bedingte Signalpegel am Meßfühler
gerade noch die Erkennung von Signalüberlagerungen infolge ausgelöster Röntgenaufnahmen
erlaubt. Es ist deutlich zu erkennen, daß bei der dritten Untersuchung zu lange
mit zu weit aufgeblendeter Primärstrahlenblende untersucht worden ist. Bei der ersten
Untersuchung ist nach erfolgter Aufnahme noch unnötig lange weiter durchleuchtet
worden.
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Die Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf die Strahleneingangsseite eines
Meßfühlers 49, der in einem Rahmen 50 vier strahlungsempfindliche Platinen 51, 52,
53, 54 enthält. Die Zwischenräume 55, 56 zwischen den Platinen sind mit optisch
transparentem Material, das den gleichen Röntgenstrahlenabsorptionswert wie die
Platinen besitzt, ausgefüllt. Die Platinen selber sind mit Ausnahme ihrer der Strahlenquelle
17 (Fig. 2) zugewandten Seite mit einem lichtdichten Uberzug (nicht dargestellt)
versehen. Infolge der Ausbildung der in Form eines Koordinatenkreuzes angeordneten,
sich von innen nach außen konisch erweiternden Zwischenräume ist in allen praktischen
Einstellbereichen der Primärstrahlenblende 20 (Fig.2) die Proportionalität der gesamten
bestrahlten Fläche zu der beleuchteten optisch-aktiven Fläche auf den Meßfühler
49 gewahrt.
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Will man das Strahlenfeld auf den Patienten mit Hilfe des Lichtvisiers
- ohne gleichzeitigen Betrieb der Röntgenröhre 17 -einstellen#, so kann der Stromkreis
der Glühlampen 35 über einen besonderen Schalter 57 (Fig. 2) eingeschaltet werden.
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Dadurch kann die Primärstrahlenblende als Lichtvisier verwendet werden,
ohne daß dadurch eine Strahlenbelastung am Datenspeicher vorgetäuscht wird (vgl.
45, Fig. 5).
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Im Rahmen der Erfindung kann das Meßergebnis auch zusätzlich nach
jeder Untersuchung integriert und als Zahlenwert ausgewiesen werden. Ebenso kann
anstelle eines Fotowiderstandes jeder andere genügend flinke, sowohl für Röntgenstrahlen
als auch für optische Strahlung empfindliche, schattenfrei aufgebaute Meßfühler
benutzt werden. Schließlich können in der Fig. 1 anstelle der Potentiometer andere
mechanisch elektrische Wandler Verwendung finden.