doiAÏerinzageSegging nu 7605135 ■ Nederland
[19]
[54J inrichting voor het metan van alsktrisshe stromen, [51]
Int.Ci2.: G01R1S/02, Q01T1/164// A61B6/00, G01N23/08.
[71] Aanvrager: EMi Limited te Hayes, Groot-Brittannië. , [74]
Gem,: Ir, G.H. Boelsma c.s. Octrooibureau Polak & Charlouis Laan Copes van Cattenburch 80 's-Gravenhage.
[21] Aanvrage Nr. 7605135. [22]
ingediend 13 mei 1978.
[32]
Voorrang vanaf 14 mei 1975.
[33]
Land van voorrang: Groot-Brsttannfë (G3).
131]
Nummer van ds voorrangsaanvrage: 20282/75.
[23] [61]
--
[52]
De aan dit blad gehechte stukken zijn een afdruk van de oorspronkelijk ingediende beschrijving met conciusie(s) en eventuele tekening(en).
EMI Limited te Hayes, Middlesex, Groot- Brittannië Inrichting voor het meten van elektrische stromen. De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het Bieten
van elektrische stromen en in het bijzonder op zulk een inrich
ting ten gebruike voor het nauwkeurig meten van zwakke elektrische stro™ men bij aanwezigheid van ruis. Een tegenwoordig gebruikte techniek voor het meten van zwakke gelijkstromen, is het integreren van de stroom (tezamen met de ruis) over een vaste periode en het dan ontladen van de integrator met een bekende snelheid, totdat zijn verzamelde lading gelijk is aan nul. De ontladingstijd wordt gemeten en wordt gebruikt voor het berekenen van het gemid delde niveau van de stroom die heerste tijdens de integratieperiode. Van de ruis wordt aangenomen/ dat hij systeemloos is, zodat hij over de integratieperiode op nul middelt. De amplitude van het ruissignaal dat heerst aan het einde van de integratieperiode kan echter de tijd beïn vloeden die de verzamelde stroom nodig heeft om tot nul te worden ont laden en kan daardoor een fout veroorzaken bij de berekening van de gemiddelde stroom. Een ruisimpuls die optreedt juist aan het einde van de integratieperiode kan b.v. de ontladingstijd verlengen,, waardoor de berekende waarde van de gemiddelde stroom te groot wordt. De uitvinding beoogt een meetinrichting voor elektrische stromen te verschaffen die deze moeilijkheid tenminste gedeeltelijk oplost. De uitvinding vsrs'-haft een meetinrichting voor elektrische stroom met een orgaan voor het meten van de stroom en het opwekken van signalen die stroom gedurende een voorgesclireven tijdinterval aangeven, een bron van faktorsignalen die een funktie aangeven die een bekende variatie gedurende, het betreffende tijdinterval vertoont, een orgaan voor het combineren van de signalen die de stroom aangeven met overeen komstige faktorsignalen en een orgaan voor het integreren van de gecom bineerde signalen gedurende een periode die nagenoeg gelijk is aan -het voorgeschreven tijdinterval, ter verkrijging van een statistische schatting van de gemiddelde waarden van de stroom over die periode. _
De uitvinding wordt hieronder nader toegelicht aan de hand
van de tekening, die betrekking heeft op een uitvoeringsvoorbëeld.
De figuur toont een zijaanzicht van een toestel waarbij een inrichting volgens de uitvinding kan worden toegepast, alsmede een blokschema van een inrichting volgens de uitvinding. Een belangrijke toepassing van de uitvinding bestaat uit het meten van de uitgangsstroom van een fotodiode die wordt gebruikt voor het omzetten van het uitgangslicht van een scintillatarkristal gebruikt in een radiologische inrichting volgens de Nederlandse octrooiaanvrage 6912986 in een elektrische stroom, Zulke fotodioden leveren zwakke uitgangsstromen, waardoor een versterker met grote versterkingsfaktor nodig is in de volgende circuits. Daardoor kan de circuitruis belangrijk worden en de uitvinding biedt, het voordeel, dat deze ruis aanmerkelijk wordt verzwakt. De radiologische apparatuur omvat een bron 1 van een smalle bundel 2 röntgenstraling die door een lichaam 3 is gericht dat is aangebracht in een opening 4 van een draaitafel 5 en de bundel valt via een collimator 6 op een scintillatorkristal 7 dat een optisch uitgangs-’ signaal levert, waarvan de helderheid de sterkte van de invallende straling aangeeft. De bron 1 en het detectorkristal 7 zijn gekoppeld door een star juk 8 en kunnen tezamen zijdelings worden bewogen over de draaitafel 5, door middel van een omkeerbare motor 9 die is gemon teerd op de draaitafel 5 en die een getand aandrijfwiel 10 aandrijft dat op zijn beurt een eindloze getande riem 11 aandrijft, waaraan de bron 1 is bevestigd. De band 11 loopt over een los geleidewiel 12 en over het aangedreven wiel 10 en een tegenwicht 13 is aarf de andere zijde van de band 11 dan &© bron 1 aangebracht, waardoor dit steeds in tegengestelde richting als de bron 1 beweegt.
(
4
De bron 1, het tegenwicht 13 en de detector 7 bewegen verder in rechte geleidingen 14, 15 en 16 op de draaitafel 5. De geleider 16 voor de detector 7 bevat tevens een schaalverdeling 17 van doorzichtig materiaal die is voorzien van ondoorzichtige verticale lijnen 18 met onderling gelijke tussenruimte. De lijnen worden gedetecteerd door middel van een eenheid met een fotocel en een detector die tezamen met de detector beweegt teneinde tijdimpulsen te leveren die het voort schrijden van de zijdelingse beweging aangeven. De draaitafel 4 kan draaien om een hartlijn 20 loodrecht daarop teneinde alle daarop gemonteerde componenten.om het lichaam 3 te doen draaien. De draaitafel 5 wordt in beweging gebracht door een
reotor 21 die een ronsel 22 aandrijft dat in ingrijping is met niet - afgebeelde tanden langs de omtrek van de draaitafel 5„ Tijdens het bedrijf wordt de motor 9 eerst in werking gesteld om de bron 1 en de detector 7 van links naar rechts te doen bewegen over de draaitafel 5,. waardoor de smalle bundel röntgenstraling achtereen volgens een reeks evenwijdige banen in een gemeenschappelijk vlak door het lichaam bestraalt. De detector 7 levert uitgangssignalen die de mate van straling aangeven die langs elke baan uit het lichaam treedt en deze uitgangssignalen worden in elektrische signalen omgezet, door middel van een fotodiods 23 die natuurlijk tezamen met de detector 7 beweegt. Als de bron 1 en fle detector 23 hêt rechte uiteinde van hun beweging bereiken wordt de motor 21 bekrachtigd teneinde de draaitafel 5 over een kleine hoek zoals een halve graad te verdraaien. De motor 9 wordt aan zo bekrachtigd dat de bronlen de detector 7, 23 lineair van rechts naar links over de draaitafel bewegen, teneinde uitgangssignalen te verkrijgen die de hoeveelheid straling aangeven die door het lichaam 3 is gepasseerd langs een tweede stel banen evenwijdig aan elkaar, maar onder een hoek van een halve graad ten opzichte van het eerste stel. Déze procedure van afwisselends rechtlijnige bewegingen en verdraaiingen gaat voort totdat de totale verdraaiing van de draaitafel 5 180° of meer. bereikt. Alle uitgangssignalen die tijdens het onderzoek worden verkre gen worden bewerkt? b»v. als beschreven in de' eerder genoemde octrooi aanvrage of op andere geschikte wijze, teneinde de absorptiecoëfficiënten, ten opzichte van de toegepaste straling te bepalen voor elk element in een tweedimensioneel stelsel van elementen in het vlak van het lichaam 3 dat is bestraald., De inrichting volgens d^üitvinding is aangegeven binnen de rechthoek 24» De lÊtgangsstroom van de fotodiode 23 wordt toegevoerd aan een integrator 25 die periodiek wordt teruggesteld door middel van tijdimpulsen die worden ontleend aan de eenheid 19 van een fotocel en een detector, welke impulsen een periode T hebben. Het uitgangssignaal van de integrator 25, aangegeven als f(t), wordt toegevoerd aan een vermenigvuldigingscircuit 26, waarin hot wordt vcnw.nigvu] rilgd niet fit-m T
•
'
faktor (t-~> waarvan hot doel nog zal blijken. In feite'wordt-. h«L wwke«?. '• .. -T lijke signaal (t-™) , dat zou bestaan uit een zaagtand die door nul gaat bij t - p. niet als zodanig gebruikt, maar het wordt benaderd door een
rechthoeksgolf die wordt opgewekt door een circuit afgebeeld binnen de rechthoek 27, waarbij de rechthoeksgolf tijdens elke periode T een T waarde -1 heeft gedurende de tijdperiode tussen t = 0 en t = T
5
2T
een waarde 0 heeft tussen t = — en t = ™ en een waarde +1 heeft gedurende 2t de tijdsduur t = — j en t = T. Het uitgangssignaal van de vermenigvuldi ger 26 wordt toegevoerd aan een tweede integratorcircuit 28 dat evenals de integrator 25 wordt teruggesteld door middel van de tijdimpulsen met een periode T die worden ontleend aan de eenheid 19. Het circuit 28 levert uitgangssignalen die met een konstante faktor
10
worden vermenig-
vuldigd in een circuit 29 en de signalen die aldus zijn vermenigvuldigd vormen een maat voor de gemiddelde waarde van'ingangsstroom gedurende de voorafgaande periode T, nagenoeg vrij van de invloed van ruis, zelfs de ruis die optreedt juist vóór het einde van de integratieperiode. Het circuit binnen de rechthoek 27 omvat een frequentie-ver™
, 15
drievoudigingscircuit 30 dat de impulsen met de periode T ontvangt uit T de eenheid 19 en aan de hand daarvan impulsen met de periode ~ levert, v/elke impulsen worden toegevoerd aan een stel van drie EN-poorten 31, 32 en 33. De eerste EN-poort 31 is zo uitgevoerd dat hij voortdurend
open
is, behalve als een impuls wordt toegevoerd aan zijn onderste ingang. 20
De eerste impuls uit elk stel van drie uit het circuit 30 passeert zonder meer de poort 31 naar een eerste ingang 34 van' een circuit 35 dat zo is uitgevoerd dat het bijóntvangst van een impuls aan de ingang 34 voortdurend een vermenigvuldigingsfaktor -1 toevoert aan het vermenigvuldigingscircuit 26. De impuls die wordt toegevoerd aan de ingang 34
25
wordt tevens toegevoerd aan de ingang van een eerste vertragingscomponent T 36 die een vertraging van rg uitoefent op de impuls.Het deblokkeersignaal afkomstig uit de vertragingscomponent 36 wordt als deblokkeer-ingangs signaal tcegevoerd aan de tweede EN-poort 32 en wordt via een OF-poort 37 als blokkeer-ingangssignaal toegevoerd aan de eerste EN-poort 31.
30
Het is duidelijk dat als dit gebeurt, de tweede impuls uit het stel van drie uit het circuit 30 de poorten bereikt, zodat deze door de poort 32 wordt doorgelaten naar een tweede ingang 38 van een circuit 35, waar door de faktor van -1 die eerder werd toegevoerd aan het circuit 26 wordt beëindigd en wordt vervangen door een faktor 0. Op dezelfde wijze
35
alti tovoron wordt do impu.la dfi- door do pnorl. "I? word), dnon-j^'lni^n annr de ingang 38 tevens toegevoerd a«n do J.w/flng vna T
)w««dt> va*\ t mj\injtr
:omponent 39 met een vertraging van j en het uitgangssignaal vo.n ck component
')
§ 0 5 13 5
vertragingscomponent 39 wordt als deblokkeer-ingangssignaal toegevoerd aan de poort 33 en wordt via de OF-poort 37 als blokkeer-ingangssignaal toegevoerd aan de poort 31. De poorten 31 ,en 32 worden daardoor gedeblokkeerdf zodat als de derde impuls van een stel optreedt aan de -.ris 5
poorten, deze de poort 33 passeert naar een derde ingang 40 van het
circuit 35. Daardoor wordt de faktor 0 die eerder werdtoegevoerd aan het circuit 26 vervangen door een faktor +1. De eerste impuls uit het volgende stel van drie impulsen passeert natuurlijk de poort'31 naar de i n g a n g 34, zodat de cyclus zich 10
herhaalt. De uitvinding berust op een vorm van analyse die in de statis tiek wordt gebruikt voor het schatten van de helling van de nauwkeurigste lijn door een reeks verspreide punten, door gebruik te maken van een berekeningsvorm met de kleinste kwadraten van de fouten. Als men een
15
ruimtelijke verdeling van punten in een x-y-vlakbeschouwt,
wordt de
helling 15 van zulk een lijn bepaald door de uitdrukking
waarin n het aantal paren coödinaten 20
, y.) is. dat behoort bij de
afgezette punten» Als deze uitdrukking wordt omgezet in het tijddomein,. verkrijgt men de nieuwe uitdrukking; la » T 3
(t r |) f (t) dt,
waarin T de integratieperiode is en f(t) het uitgangssignaal van de 25
integrator 25 is.
De x-coördinaat is vervangen door de tijd
t.
is de helling b een funktie van de tijd t
en de stroom
Verder i, zodat
k i (i T) waarin k^ een konstante is, 30
Voor een gegeven waarde van T geldt dus T
t
, .' i = k2y " (t - njO . f(t).dt._ waarin
een komjt.'müe Lu,
Het is duidelijk dat het circuit binnen de rechthoek 24- een mogélijke interpretatie is van deze uitdrukking voor i. De uitvinding berust derhalve op een nieuw beginsel, namelijk het uitvoeren van een statistische schatting op de gemiddelde waarde over een bepaalde periode van een te meten stroom. Deze techniek is bijzonder waardevol als de te meten stroom zo zwak is dat hij in ruis is gedompeld. Hij is echter ook in andere gevallen van waarde, zoals indien de stroom zelf onderhevig is aan een bepaalde variatie, b.v. een normale verdeling of poisson-verdeiing» De stroom i kan ook met de tijd variëren, mits de bemonsteringsfrequentie tenminste tweemaal zo hoog is als de maximale frequentie van de verwachte variatie. De schatting is ook onafhankelijk van een eventuele verschuiving in f(t). Het is duidelijk dat het circuit binnen de rechthoek 24 slechts een voorbeeld is van een inrichting volgens de uitvinding en dat andere uitvoeringsvormen kunnen worden ontworpen. Hoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van zijn toe passing op het radiologische toestel volgens figuur 1, is hij niet daartoe beperkt. Als de uitvinding wordt toegepast op zulk een radio logisch toestel is het duidelijk dat het toestel niet precies de vorm als afgebeeld in figuur 1 behoeft te hebben. In het bijzonder kan de bron 1 worden vervangen door een bron van een vlakke waaiervormige stralingsbundel, in welk geval de detector 7 zou worden vervangen door een reeks van zulke detectoren en een circuit als afgebeeld binnen de rechthoek 24 voor elke detector aanwezig zou zijn. De rotatiestappen die de draaitafel S^uitvoert zouden in dat geval overeenkomen met de openingshoek van de stralingsbundel. Verder kan de waaiervormige bundel een zo grote openingshoek hebben dat hij het gehele lichaam omvat, zonder noodzaak tot zijdelingse aftasting a.ls besproken aan de hand van figuur 1, waarbij de aftasting in dat geval beperkt blijft tot een continue rotatie van de draaitafel 5 ten opzichte van het lichaam 3. C O N C L U S I E S 1.
Meetinrichting voor elektrische•stroom, gekenmerkt door een
orgaan voor het opnemen van de stroom en voor het leveren van signalen die representatief zijn voor de stroom tijdens een voorgeschreven tijd interval, een bron van faktorsignalen die een funktie aangeven die een bekende variatie vertoont tijdens het tijdinterval, een orgaan voor het
combineren van de signalen die representatief zijn voor de stroom met overeenkomstige- faktorsignalen en een orgaan voor het integreren van de gecombineerde signalen over een periode die nagenoeg gelijk is aan het ■voorgeschreven tijdinterval, ter verkrijging van een statistische schatting van de gemiddelde waarde-van de stroom over die periode. 2.
Inrichting volgens conclusie I, gekenmerkt door een integrati e~
circuit voor het opnemen van de stroom en voor het leveren van signalen die representatief zijn voor de integraal van de stroom gedurende het tijdinterval, voor toevoer aan het combinatieorgaan. 3.
Inrichting volgens conclusie 1 of 2. met het kenmerk dat het
combinatieorgaaneen vermenigvuldigingscircuit bevat» 4.
Inrichting volgens een of meer der conclusies 1 t/m 3, met
het kenmerk dat de variatie die de faktorsignalen vertonen bestaat uit een stappen-golfvorm, 5.
Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de
amplitude en de polariteit -van de stappen zodanig zijn gekozen dat waarden van de stroom die zijn gemeten aan het begin van het tijdinterval minder gewicht in de schaal leggen vergeleken met waarden van de stroom gemeten nabij het einde van het tijdinterval. 6.
Inrichting volgens een of meer der conclusies 1 t/m 3, met
-
het kenmerk dat de variatie die de faktorsignalen ondergaan bestaat uit een lineaire zaagtand-golfvorm. 7. merkt
Inrichting
volgens een of meer der conclusies
1 t/m 6, geken
door een verder
vermenigvuldigingscircuit voor het
vermenigvuldigen
van de geïntegreerde en 'jeeombineerde signalen met een nagenoeg konstante faktor. <*
8. merkt
,
Inrichting
volgens een of meer der conclusies
1 t/m 7, geken
door een orgaan
voor het opwekken van tijdimpulsen
met een fre
quentie overeenkomende met het tijdinterval en voor het gebruiken van de tijdimpulsen voor het sturen van de toevoer van de faktorsignalen aan het combinatieorgaan en de integratieperiode van het ïntegratieorgaan. 9.
Medisch radiografisch toestel, gekenmerkt door een orgaan
voor het opwekken van elektrische stromen die de lijnintegralen aangeven van de absorptie ondergaan door straling bij het doorlopen van eer/reeks in een gemeenschappelijk vlak liggende banen door een lichaam, benevens tenminste één inrichting volgens een of meer der conclusies 1 t/m 8 voor
het meten van de stromen. 10.
Werkwijze voor het meten van elektrische stromen, met het
kenmerk dat men de stroom opneemt, signalen opwekt die representatief zijn voor de variatie van de stroom over een voorgeschreven tijdinter val, de op respektieve tijdstippen binnen het interval opgewekte sig nalen vermenigvuldigt met respektieve faktorsignalen die overeenkomen met een funktie die een bekende karakteristiek vertoont tijdens het interval, de aldus vermenigvuldigde signalen integreert over een tijd die nagenoeg gelijk is aan het interval en de aldus geïntegreerde sig nalen vermenigvuldigt met een nagenoeg konstante faktor teneinde een maat van de stroomte verkrijgen. 11.
Inrichting voor het meten van elektrische stromen, gekenmerkt
door een orgaan voor het verzamelen van de stroom gedurende een voor geschreven tijdinterval, een orgaan voor het waarderen van de verzamelde stromen op verschillende tijdstippen binnen het interval met faktoren die verschillende waarden hebben op verschillende tijdstippen en een orgaan voor het bepalen van het gemiddelde van de gewaardeerde stromen ter verkrijging van een maat van de gemiddelde waarde van de stroom tijdens het interval. 12.
Medisch radiografisch toestel, gekenmerkt door een bron van
röntgenstraling, een orgaan voor het definiëren van de plaats van een patiënt, een aftastgestel voor het ondersteunen van de bron, zodat de straling zich voortplant door een vlak gebied van de plaats van de patiënt, een aandrijforgaan voor het bewegen van het aftastgestel en daarmee de bron ten opzichte van de plaats van de patiënt voor het projekteren van de straling door het gebied langs een reeks in een gemeenschappelijk vlak liggende banen die een groep banen vormen die worden bestraald vanuit elk van een reeks plaatsen die in hoekrichting om. de plaats van de patiënt zijn verdeeld, een detectororgaan voor het detecteren van de straling die uit de plaats van de patiënt treedt langs elk van de banen en voor het leveren van een elektrische stroom die een aanwijzing geeft van de hoeveelheid straling die langs elk der banen door de plaats van de patiënt is geprojekteerd, een orgaan voor het meten van een elektrische stroom, met een orgaan voor het opnemen van de stroom en voor het leveren van signalen die representatief zijn voor de stroom tijdens een voorgeschreven tijdinterval, een bron van faktorsignalen die een funktie aangeven die een bekende variatie ver
toont tijdens het tijdinterval, een orgaan voor het combineren van de signalen die representatief sijn voor de stroom met overeenkomstige faktorsignalen en een orgaan voor het integreren van de. gecombineerde signalen over een periode die nagenoeg gelijk is aan het voorgeschreirsn tijdinterval, ter verkrijging van een statistische schatting van de gemiddelde waarden van de stroom over die periode.
