DE2253197A1

DE2253197A1 - Abbildungssystem, insbesondere fuer bildstrahlung hoher energie

Info

Publication number: DE2253197A1
Application number: DE2253197A
Authority: DE
Inventors: Harrison Hooker Barrett; Frank Anthony Horrigan
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1971-11-01
Filing date: 1972-10-30
Publication date: 1973-05-10
Also published as: BR7207577D0; ATA926472A; AT337321B; IL40460A; AU4713572A; CA972477A; NL7214774A; IL40460A0; GB1379084A; CH573124A5; IT966476B; JPS4853782A; AU467247B2; FR2159932A5

Description

PATENTANWÄLTE
DR.-PHIL. G. NlCKLL · D.i.-ING. J. DORNER

8 MÜNCHEN 13

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 1O4

TEL. (08 11) 55 5719

München, den 25. Oktober 1972 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. hl

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Massachusetts 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Abbildungssystem, insbesondere für Bildstrahlung hoher Energie

Die Erfindung betrifft Abbildungssysteme, insbesondere für Bildstrahlung hoher Energie, beispielsweise Systeme zur Bestimmung der Lage und des Zustandes von Organen, beispielsweise der Schilddrüse, innerhalb des menschlichen Körpers zum Zwecke der medizinischen Diagnose durch Messung der Absorbtion einer radioaktiven Verbindung. Bei bisher bekannten Systemen war stets eine beträchtliche Dosis des radioaktiven Stoffes erforderlich, woraus sich entsprechende Gefahren für den Patienten ergaben, da diese Einrichtungen nur einen kleinen Teil der Kernstrahlung einfangen konnten, welche von dem Organ emittiert wurde. Um außerdem eine sichere Anzeige von der radioaktiven Quelle ableiten zu können, war es notwendig, für den Detektor eine beträchtliche Einwirkzeit vorzusehen, während welcher der Patient unbeweglich bleiben mußte.

Im einzelnen sind zwei Einrichtungen der hier interessierenden Art in Gebrauch, welche beide schwere energieabsorbierende Konstruktionen zwischen der Kernstrahlungsquelle und dem Detektor verwenden, die den größten Teil der Kernstrahlung oder Korpus-

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kularstrahlung absorbieren. Bei einer Bauart ist ein dicker Körper aus Kernenergie absorbierendem Werkstoff vorgesehen, welcher eine Vielzahl kegelstumpfförmiger, ihn durchdringender Bohrungen aufweist, deren Achsen an einem Punkt außerhalb des Körpers konvergieren, welcher als Brennpunkt bezeichnet werden kann. Da eine Kernstrahlungsquelle Partikel oder Strahlungsquanten in alle Richtungen emittiert, wird von einer Kernstrahlungsquelle, welche sich an dem Brennpunkt befindet, ein beträchtlich größerer Prozentsatz von Partikeln oder Strahlungsquanten durch die Bohrungen oder Durchbrüche hindurch emittiert als von einer Strahlungsquelle, die sich außerhalb des Brennpunktes befindet. Wird daher ein Detektor auf der dem Brennpunkt gegenüberliegenden Seite des genannten Körpers angeordnet und die Anzahl von Partikeln oder Strahlungsquanten gezählt, welohe durch die Bohrungen oder Durohbrüche des Körpers gelangen, so kann die relative Konzentration des Kernstrahlung emittierenden Stoffes in den verschiedenen Bereichen der Strahlungsquelle bestimmt werden und durch mechanische Bewegung des Körpers gegenüber der Strahlungsquelle und wiederholte Zählung für jede neue Lage des Brennpunktes kann ein Diagramm erhalten werden, in welchem die Intensität der Strahlungsquelle über der jeweiligen Lage aufgezeichnet ist.

Eine derartig zeitraubende und komplizierte Methode zur Herstellung eines Bildes eines Organes, welches eine radioaktive Verbindung absorbiert hat, besitzt außerdem den Nachteil, daß die Auflösung und die Schärfe für praktische Zwecke niedrig ist, da für ein höheres Auflösungsvermögen und höhere Schärfe die Zählungen für eine große Anzahl von Orten durchgeführt werden müssen und ein Körper mit sehr großer Zahl von Bohrungen oder Durchbrüchen kleiner Abmessung verwendet werden muß. Außerdem ist die Auflösung durch Sekundärstrahlung oder durch Comptonstreuung begrenzt.

Bei einer anderen Detektorart findet ein dicker Körper mit einer Vielzahl paralleler, zylindrischer Bohrungen Verwendung, die durch den Körper hindurchreichen, wobei der Durchmesser des Kör-

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pers größer als die Querabmessung des zu untersuchenden oder zu ortenden radioaktiven Organes oder Objektes ist. Ein Wandler, beispielsweise ein Kristallwandler bewirkt eine Umsetzung der durch die parallelen Öffnungen hindurch gelangenden Kernstrahlungspartikel oder -quanten in Lichtquellen, welche durch eine Vielzahl räumlich getrennt angeordneter Lichtdetektoren so aufgenommen werden, daß die relative Intensität des durch die Kernst rah lungs quanten erzeugten Lichtes, welches auf jeden Lichtdetektor trifft, ein Maß für die Lage des Punktes ist, an welchem das Teilchen oder das Strahlungsquant auf den Wandler aufgetrof·¹-fen ist. Da die Steile der Strahlungsquelle, von welcher das Kernstrahlungsteilchen oder -quant ausgegangen ist, im wesentliohen auf der Achse der betreffenden zylindrischen Öffnung -des Körpers liegt, durch welche das betreffende Quant oder Teilchen gewandert ist, kann eine einzelne Aufzeichnung der Lage jedes Lichtblitzes, welcher von jedem Strahlungsquant oder -teilchen hervorgerufen worden ist, zur Herstellung eines Bildes des betreffenden radioaktiv strahlenden Organes verwendet werden. Auch bei derartigen Systemen ist es notwendig, eine verhältnismäßig, große Dosis des radioaktiven Stoffes zu verwenden und eine ziemlich große Einwirkzeit vorzusehen, um ein brauchbares Bild zu erzeugen. Zusätzlich liefert das zuletzt beschriebene System im wesentlichen keine Information über den Abstand der radioaktiven Quelle von dem Detektor und damit keine dreidimensionale Information.

An anderer Stelle ist ein System vorgeschlagen worden, bei welchem kodierte Bildinformationen verwendet werden, welche einer elektronischen Korrelation unterzogen werden, doch sind die Korrelationssysteme etwas kompliziert und teuer.

Durch die Erfindung soll die- Aufgabe gelöst werden, ein Abbildungssystem für Bildstrahlung insbesondere" hoher Energie so auszugestalten, daß bei geringem apparativem Aufwand eine leichte Speicherung und Verarbeitung der von einer Bildstrahlung hoher Energie abgeleiteten Informationen zur Herstellung eines Bildes

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hohen Auflösungsvermögens möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Detektormittel, die auf zeitlich nacheinander auftretende Strahlungsquanten ansprechen, die mindestens innerhalb eines bestimmten Teiles eines Bildausschnitts eine räumliche Kodierung mit in mindestens zwei Richtungen sich ändernden Signalkomponenten aufweisen sowie durch von dem Detektorausgang erregte Bilderzeugungseinrichtungen.

Vorzugsweise haben die genannten Strahlungsquanten mindestens innerhalb eines bestimmten Teiles eines Bildausschnittes eine räumliche Kodierung mit Rotationssymmetrie zu einer zur allgemeinen Strahlungs-Ausbreitungsrichtung zwischen Strahlungsquelle und Detektormittel parallelen Achse.

Durch die Erfindung wird eine Kodierung geschaffen, welche unmittelbar vom Ausgang der Detektoren her in Echtzeit verarbeitet werden kann, wobei ein Minimum an Ausrüstung benötigt wird, oder es kann gegebenenfalls eine Speicherung für eine spätere Verarbeitung durchgeführt werden. Im einzelnen schlägt die Erfindung einen räumlichen Kode vor, welcher eine Rotationsfläche eines nicht linearen Kodes ist und vorzugsweise von einer Platte mit Fresnel'sehen Zonen erzeugt wird, welche ein zweidimensionales Muster bilden und zumindest teilweise eine Reihe von Ringen im wesentlichen gleicher Fläche aufweisen. Die Platte mit den Fresnel'sehen Zonen besitzt vorzugsweise eine Trägerplatte aus einem Werkstoff, welcher die Kernstrahlung durchläßt und auf dieser Platte ist eine Vielzahl von Ringen aus einem Werkstoff aufgebracht, welcher die Kernstrahlung im wesentlichen absorbiert.

Bilder hoher Auflösung und Sohärfe können dadurch erzeugt werden, daß eine Dekodierung der Ausgangssignale der Detektoren in irgend einer gewünschten Weise erfolgt, beispielsweise durch Umwandlung der Signale in einen Digitalkode und Verarbeitung dieser Signale mittels eines digitalen Rechners entsprechend dem

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gewünschten Algorithmus zur Erzeugung von Daten, aus denen ein Bild der Strahlungsquelle der Kernstrahlung konstruiert werden kann. Andererseits ist es möglich, die Ausgangssignale der Detektoren mittels eines Analogrechners zu verarbeiten, beispiels^· weise in einer optischen Signalverarbeitungseinrichtung oder in einer Ultraschal1-Oberflächen-Wellenleitungskonstruktion.

Weiter wird durch die Erfindung ein besonderes Datenverarbeitungssystem vorgeschlagen, bei welchem mit Vorteil das holographische Prinzip ausgenützt wird, um unmittelbar vom Ausgang der Detektormittel ein Bild der Kernstrahlungsquelle abzuleiten. Im einzelnen wird der Ausgang der Detektormittel in geeigneter Weise verstärkt und auf einem photographischem Film vermittels einer Kathodenstrahlröhre festgehalten, um ein Hologramm zu erzeugen. Durch Verwendung einer Zonenplatte mit einer Rotationssymmetrie zur Aufprägung des Kodierungsmusters, mit welchem die Filmbelichtung erfolgt und durch Hindurchleiten des Lichtes einer kohärenten Lichtquelle durch den Film sowie Bündelung des
Lichtes an einem Brennpunkt können unerwünschte Signalkomponenten entfernt werden und das verbleibende Licht kann als Bild
auf einem Schirm betrachtet werden, der jenseits des Brennpunktes angeordnet ist.

Da die Information in Teilen des Lichtes enthalten ist, welche nicht konvergieren, kann eine lichtabsorbierende Scheibe am Orte des Brennpunktes eingesetzt werden, um diejenigen Lichtanteile zu beseitigen, welche verhältnismäßig wenig Informationsgehalt besitzen. Man kann aber auch eine Phasenverschiebung des mittleren Teiles des konvergierenden Lichtes durchführen oder
eine Kombination von Phasenverschiebung und teilweiser Lichtabsorbtion verwenden. Auch kann das gesamte Lichtstrahlenbündel
durch ein weiteres, vorkodiertes Hologramm geführt werden, um
unerwünschte Hintergrundsignale zu kompensieren, die beispielsweise durch üngleichförmigkeiten, Unregelmäßigkeiten oder Fehler der Zonenplatte öder durch andere Nichtlinearitäten des Systems erzeugt werden.

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Falls gewünscht, kann ein aus der Mitte versetzter Abschnitt einer Zonenplatte Verwendung finden und das durch das Hologramm auf dem Film geleitete Licht erzeugt im Konvergenzbereich drei Lichtscheiben, welche seitlich in derselben relativen Richtung versetzt sind, wie der mittlere Abschnitt der Zonenplatte gegenüber der Achse der Kamera versetzt ist. Eine erste Lichtscheibe, welche am nächsten zur Achse des optischen Systems liegt, entspricht im wesentlichen einer kontinuierlichen Strahlung und kann als Äquivalent eines Gleichstromanteils betrachtet werden, welcher ein Maß für die mittlere Intensität der Kernstrahlungsquelle liefert. Eine zweite Lichtscheibe liegt der erstgenannten Lichtscheibe benachbart und entspricht einem reellen Bild der Kernstrahlungsquelle und eine dritte Lichtscheibe entspricht einem virtuellen Bild der Kernstrahlungsquelle. Durch Anordnung einer lichtabsorbierenden Platte mit einer Iris, deren Durchmesser etwas größer als derjenige jeder der Lichtscheiben ist, im Brennpunkt der drei Lichtscheiben, kann jede beliebige der drei Scheiben ausgewählt werden. Soll beispielsweise das reelle Bild betrachtet werden, so wird die Iris so gelegt, daß das reelle Bild zu einem Betrachtungsschirm gelangt, welcher in einem bestimmten Abstand entsprechend der Brennweite des Hologramms hinter der Iris angeordnet ist.

Erfi'ndungsgemäß kann weiter die Bildqualität dadurch verbessert werden, daß das räumliche Frequenzspektrum des Objektes, wie es in der Bildebene gemessen werden kann, ziemlich genauso breit gewählt wird wie das räumliche Frequenzspektrum der Zonenplatte, ebenfalls in der Bildebene gemessen. Veiter ist es wünschenswert, daß die minimalen Abstände in der Zonenplatte größer als die Dicke der undurchsichtigen Bereiche der Zonenplatte sind und daß die Detektormittel eine Auflösung entsprechend diesen minimalen Abständen in der Bildebene besitzen. Zusätzlich ist es wünschenswert, daß die Querabmessung des Detektorsystems so groß ist, daß eine Projektion der Zonenplatte von einem in der Mitte der Kernstrahlungsquelle gelegenen Punkt aus den aktiven Bereich des Detektors im wesentlichen ausfüllt. Im einzelnen

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werden die oben angegebenen Gesichtspunkte dadurch berücksichtigt, daß der Abstand zwischen den Ringen so gewählt wird, daß der kleinste Abstand, nämlich derjenige zwischen dem äußersten Ring und dem benachbarten, zweitäußersten Ring groß genug ist, um von der Auflösung des Detektorsystems noch erfaßt zu werden und daß der Abstand zwischen dem Kernstrahlung emittierenden Objekt und der Zonenplatte und der Abstand zwischen der Zonenplatte und dem Detektor so gewählt werden, daß die folgenden Gleichungen für eine Zonenplatte erfüllt werden, welche kreisförmige, gegenüber der interessierenden Strahlung abwechselnd durchlässige und undurchlässige Zonen aufweist. Der Radius des η-ten Zonenrandes der Platte ist gegeben durch

r = r, \ η ., worin η = 1,2, .........N. (l)

Die Zonen haben daher gleiche Flächen. Die Zonenplatte wird als positiv bezeichnet, wenn die Mitte durchlässig ist, während die Zonenplatte als negativ zu bezeichnen ist, wenn die Mitte undurchlässig ist. f (obj) sei die räumliche Frequenzbandbreite des Objektes. Das Objekt wird um den Faktor S„/S vergrößert, so daß sein Spektrum mit dem Faktor S./S- multipliziert wird. Die maximale räumliche Frequenz in der Zonenplatte ist annähernd

^fmax (Zonenplatte) « yr^ ^ l/ (2 Δ r^) . (2)

worin:

^Δ ^rN = ^rN - ¹N - 1 ~ V² T^= V^2N5 <3>.

In den Gleichungen bedeuten S. den Abstand von der Zonenplatte zum Objekt und S den Abstand von der Bildebene zur Zonenplatte. Ferner ist mit f die räumliche Frequenz bezeichnet und r bezeichnet den Radius eines Ringes der Zonenplatte.

Erfindungsgemäß wird fernerhin vorgeschlagen,, daß eine solohe Musterung der Zonenplatte gewählt wird, daß ihre Autokorrela-

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tionsfunktion, welche durch Hinwegbewegen zweier identischer Zonenplatten übereinander und Messung der Durchlässigkeit als Funktion der gegenseitigen Verschiebung bestimmt werden kann, ein vorherrschendes Durchlässigkeitsmaximum oder Durchlässigkeitsroinimum besitzt, dessen durchschnittliche Breite wesentlich kleiner als die Funktion der Zonenplatte selbst ist. Oder aber die Zonenplatte soll eine Fourier-Übertragungslunktion der Gammastrah J endurchlässigkeit besitzen, welche räumliche Frequenzen aufweist, die wesentlich größer sind als das Reziproke der maximalen Querabmessung der Zonenplatte.

Während außerdem die Zonenplatte vorzugsweise gekrümmte oder bogenförmige Zonen hat, derart, daß die Autokorrelationsfunktion in einer Mehrzahl von Richtungen im wesentlichen gleich bleibt, wobei die Zonenplatte insbesondere praktisch eine Platte mit Fresnel'sehen Zonen ist, welche aus Ringen gleicher Fläche bestehen, die durch Zwischenräume gleicher Fläche getrennt sind, ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, daß eine beliebige Zonenplatte verwendet werden kann, die die oben erwähnte Autokorrelationsfunktion in mindestens zwei Richtungen aufweist.

Durch symmetrische Ausbildung der Zonenplatte werden Stufenfunktions-Ungleichförmigkeiten in der Mitte der Zonenplatte minimal isiert und ganz ausgeschaltet. Auch Stufenfunktions-Ungleichförmigkeiten in den Signalen, welche durch das plötzliche Aufhören der Zonenplatte an ihrem Rande verursacht werden, wobei die Bereiche außerhalb der Zonenplatte entweder undurchlässig oder durchlässig sind, können im endgültigen Bild vermindert oder ausgeschaltet werden, indem die Durchlässigkeit der Zonenplatte derart abgeschattet wird, daß in den randnahen Bereichen der Zonenplatte die Zwischenräume weniger durchlässig gemacht werden, während die undurchlässigen Bereiche im wesentlichen undurchlässig bleiben. Es kann aber auch die Intensität des reproduzierten Bildes und/oder die Fokussierung selektiv vermindert werden, um das von der Kathodenstrahlröhre erzeugte Hologramm zur Aufzeichnung auf dem Film in den randnahen Bereichen

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etwas aufzulösen. Hierdurch wird die Helligkeit der sich aus dem Hologramm ergebenden hellen Ringe vermindert oder, beseitigt, welche das zu betrachtende Objekt zu überdecken drohen.

Nachdem die für sämtliche Punkte der Strahlungsquelle eines ausgedehnten Körpers zur Verfugung stehende Blendenöffnung wesentlich größer als bei bisher bekannten Systemen ist, kann mit einem Detektorsystem bei gleicher Dosis der radioaktiven Verbindung, welche durch einen lebenden Organismus absorbiert wird, ein bedeutend größeres Signal erzeugt werden als dies bei bisher bekannten Abbildungssystemen für Kernstrahlung der Fall war und folglich muß für eine bestimmte gegebene Schärfe eines Bildes eine kleinere Dosis des radioaktiven Stoffes eingenommen werden und/oder es ist eine kürzere Zeit der Unbeweglichkeit während der Aufzeichnung eines Bildes erforderlich als bei bekannten Systemen.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes System zur Bestimmung und Aufzeichnung einer Kernstrahlung,

Figur 2 eine Zonenplatte zur Kodierung der Kernstrahlung in dem System nach Figur 1,

Figur 5 eine andere Ausführungsform einer Zonenplatte zur Kodierung der Strahlung,

Figur k ein System zur Dekodierung und Wiedergabe der in dem System nach Figur 1 aufgezeichneten Kernstrahlung,

Figur 5 eine schematische Abbildung einer anderen Ausführungsform, bei welcher die kodierte Information zur Darstellung unmittelbar kodiert wird und

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Figur 6 eine abgewandelte Form des Systems, bei welcher die kodierte Information unmittelbar zu einer Aufnahmekamera gelangt und dann in einem Rechner dekodiert wird.

Zunächst sei auf die Figuren 1 bis 3 der Zeichnung Bezug genommen. Eine Person 10 weist ein Organ, beispielsweise eine Schilddrüse 11 auf, deren Zustand durch Herstellung eines Bildes des Organes untersucht werden soll. Zu diesem Zwecke wird der Person ein radioaktives Mittel eingegeben, welches bevorzugt von dem betreffenden Organ aufgenommen wird, so daß eine größere Menge des Stoffes oder der Verbindung in dem Organ anzutreffen ist als in den benachbarten Teilen des Körpers. Im Falle der Schilddrüse werden beispielsweise Jodverbindungen leicht absorbiert und daher werden radioaktive Jodmoleküle, welche in Form eines radioaktiven Pharmazeutikums injiziert werden, in der gesamten Schilddrüse verteilt und emittieren Gammastrahlung. Da kranke Bereiche der Schilddrüse größere oder geringere Mengen des radioaktiven Pharmazeutikums absorbieren, ist ein resultierendes Szintigramm bei der Untersuchung der Schilddrüse ein wertvolles Diagnosemittel.

In einem geringen Abstand von der Person 10 befindet sich eine Maske 13 zur räumliohen Modulation. Diese Maske ist vorzugsweise ein Gammastrahlenabsorber mit dem in Figur 2 gezeigten Fresnel' sehen Muster. Das Muster kann beispielsweise auf einer Aluminiumplatte Ik von etwa 25,h cm Durchmesser und 1,5& mm Stärke gebildet sein, auf weloher eine Bleischicht 15 in einer Stärke von 1,5b mm bis 6,35 mm je nach dem in dem betreffenden Pharmazeutikum verwendeten radioaktiven Isotop aufgebracht ist. Ringzonen der Bleischicht 15 sind, wie bei 16 angedeutet, entsprechend der Fresnel¹sehen Zonenformel entfernt, wobei benachbarte Bereiche gleiohe Flächen haben und der mittlere Radius jeder Fläche des Musters gleich dem mittleren Radius der Fläche nächst der Mitte multipliziert mit der Quadratwurzel der Nummer des betreffenden Ringes, vom kleinsten Ring nach außen zählend, ist. Im allgemei-

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nen werden daher die Flächen der Bereiche 16 etwa gleich den Flächen der Bereiche 15 sein.

Die Strahlungsenergie, welche durch die eine räumliche Modulation erzeugende Maske 13 gelangt, trifft auf einen Wandler, beispielsweise in Form eines Natriumjodidkristalles 17, welcher bei Auftreffen von Partikeln oder Strahlungsquanten hoher Energie Licht emittiert. Das Licht, welches gemäß Figur 1 von Photodetektoren 18 aufgenommen wird, welche in einer Sechseckanordnung vorgesehen sind, wie dies etwa in der US-Patentschrift 3 011 beschrieben ist, erzeugt an den Photodetektoren 18 einen Ausgang, der mittels eines Rechners 19 weiterverarbeitet wird, der von einem Widerstandsnetzwerk gebildet ist, wie ebenfalls in der vorstehend genannten Patentschrift ausgeführt ist« Das Widerstandsnetzwerk erregt die Ablenkelektroden 20 einer Kathodenstrahlröhre 21, welche eine Steuerelektrode 22 besitzt, die entsprechend dem augenblicklichen Lichtenergie-Ausgangssignal vom Kristalldetektor 17 erregt wird, Das auf dem Leuchtschirm 23 der Kathodenstrahlröhre 21 erzeugte Bild wird über eine Fokussierungslinse 25 auf einem Film 2^ festgehalten und enthält mit einer räumlichen Kodierung die Information über die Lage der radioaktiven Moleküle in der Schilddrüse 11, welche die Partikel oder Strahlungsquanten hoher Energie emittiert haben, die auf den Kristalldetektor 17 aufgetroffen sind.

Die Zonenplatte nach Figur 3 ist ein aus der Mitte versetzter Ausschnitt einer Zonenplatte der in Figur 2 gezeigten Art mit Ringradien, die etwa das Zweifache derjenigen nach Figur 2 betragen. Gegebenenfalls kann eine solche Zonenplatte verwendet werden, um eine seitliehe Versetzung von Komponenten der Information zu erreichen, wenn das informationshaltige Muster, das durch die Zonenplatte erzeugt wird, nachfolgend dekodiert wird.

In Figur k ist ein System zur Herstellung eines Bildes der Schilddrüse 11 aus den Informationen gezeigt, welche durch die Kamera 12 naoh Figur 1 auf dem Film 2k aufgezeichnet worden sind,

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Eine Quelle räumlich kohärenten, monochromatischen Lichtes 30, beispielsweise ein Laser, liefert über eine Sammellinse 31 ein Lichtstrahlenbündel, welches durch den Film 2k geleitet wird, der nach Belichtung durch die Kamera 12 in einer Entwicklungseinrichtung 26 entwickelt worden ist. Ein Auffänger 3k ist im Brennpunktbereich einer Summellinse 33 angeordnet, die sich hinter dem Film 2k befindet, so daß in Abwesenheit des Filmes 2k das Licht auf einen undurchlässigen Bereich 35 des Auffängers 3k fällt. Aufgrund der Beugung des Lichtes durch den Film 2k gelangen Lichtstrahlen an dem Auffänger 3k vorbei und treffen auf einen Bildschirm 36, der in beliebigem Abstand hinter dem Brennpunkt der Sammellinse 33 und hinter dem Auffänger 3k angeordnet sein kann, um ein Bild des Gegenstandes 11 zu erzeugen. Durch Einstellen der Lage des Bildschirmes 36 mit Bezug auf den Film 2k kann eine beliebige Schicht des Gegenstandes 11, beispielsweise der vordere Teil oder der hintere Teil der Schilddrüse, auf dem Bildschirm 36 klar sichtbar gemacht werden, während die anderen Schichten der Schilddrüse Signale erzeugen, welche in dem Dekodierungssystem nach Figur k eine weniger wirksame Korrelation bilden und daher unscharf werden und auf dem Bildschirm 36 demzufolge nicht klar erscheinen.

Das auf dem Bildschirm 36 erzeugte Bild kann entweder unmittelbar betrachtet oder fotographiert werden. Wird der Bildschirm beispielsweise von einer geschliffenen Glasplatte gebildet, so kann eine Kamera 37 oder eine Optik das Bild auf einen Film 3ö projizieren, der bis zu einem gewünschten Grad entwickelt wird, wobei eine Aufnahmereihe für jede Lage des Bildschirmes 36 gemacht werden kann, derart, daß man eine Reihe von Bildern für jeweils verschiedene Querschnittsansichten des Organes 11 erhält. Durch Abstimmen des Entwicklungsgrades für jedes Bild der Bildreihe auf dem Film 38 können die unscharfen Bildanteile des Organes, welche nicht in den Brennebenenbereich gelangt sind, aus dem endgültigen, entwickelten Film eliminiert werden, da sie vielfach schwächer sind als die gewünschten Bildanteile und in erster Linie als Nebel in dem voll entwickelten Film erscheinen,

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so daß eine Unterentwicklung des Filmes diese Bildanteile auf dem fertig entwickelten Film zum Verschwinden bringt.

Die Kamera 37 kann aber auch von einer Fernseh-Aufnahmeröhre gebildet sein, welche eine Kathodenstrahlröhre speist, deren Bildhelligkeitsaussteuerung so eingestellt werden kann, daß der geringe Intensität aufweisende Nebel des Bildes aus dem fokussierten Teil des Bildes der Kernstrahlungsquelle verschwindet.

Da außerdem der Film 2k im wesentlichen eine dreidimensionale Information enthält, kann ein Stereo-Bildpaar hergestellt werden, beispielsweise, indem eine entsprechende Verarbeitung mittels eines Rechners durchgeführt wird und das Stereo-Bildpaar kann mittels eines Gerätes zur räumlichen Betrachtung untersucht werden, wobei das von einem Auge des Betrachters beobachtete Bild der Ansicht des Objektes 11 von einer Riohtung her und das von dem anderen Auge beobachtete Bild der Ansicht des Objektes 11 von einer verschiedenen Richtung her entspricht, so daß der Betrachter augenblicklich ein dreidimensionales oder perspektivisches Bild des Organes 11 sieht.

In Figur 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher das vom Ausgang der Gammakamera oder der Kernstrahlungskamera erhaltene kodierte Muster unmittelbar verarbeitet wird. Die Kernstrahlungsquelle 11 emittiert Quanten oder Partikel, welche durch die Zonenplatte 13 hindurchwandern, die entsprechend den Darstellungen nach Figur 2 oder Figur 3 kodiert ist und diese Quanten oder Partikel werden durch den Szintillationskristall 17 festgestellt, welcher Lichtblitze erzeugt, die durch eine Szintillationskamera aufgenommen werden, die Teil einer Einheit 40 bildet und beispielsweise Photodetektoren enthält, etwa, wie sie in Figur 1 angedeutet sind, um die Lichtblitze aufzunehmen und Signalimpulse an den Rechner zu liefern. Aus Figur ist zu entnehmen, daß die ^Ausgangs-Signalimpulse jedes Detektors in den Rechner eingegeben werden und hier gespeichert und verarbeitet werden, um eine Umsetzung der Daten zu erhalten,

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welche derjenigen entspricht, die durch die Einrichtung nach Figur 4 optisch erreicht wird. Die umgesetzten Informationen werden dann einer Wiedergabeeinrichtung 41 zugeführt, die beispielsweise von einer Kathodenstrahlröhre gebildet sein kann und die Daten über eine Videosignalleitung 42 erhält, während Taktsignale für die Abtastung des Speichers im Reohner und der Wiedergabeeinrichtung synchronisiert über die Synchronisationsleitung 43 laufen. Es sei darauf hingewiesen, daß beliebige Rechenprogramme verwendet werden können. Vorzugsweise ist aber der den Rechner bildende Teil der Einheit 40 ein Digitalrechner, so daß jeder von dem Kristalldetektor 17 erzeugte Lichtblitz, welcher zu entsprechenden Signalausgängen an den Photodetektoren führt, hinsichtlich Amplitude bestimmt wird und in dem Speicher des Rechners als binäre Größe aufgezeichnet wird, wobei die relativen Amplituden durch die Stelle im Kristall bestimmt werden, welche den Lichtblitz erzeugt hatte. Die binären Größen, welche während der Einwirkzeit der Strahlungsquelle 11 auf den Kristall 17 gespeichert wurden, werden aus dem Speicher des Rechners herausgelesen und entsprechend einem bestimmten Rechenprogramm verarbeitet, welches die relativen Intensitäten der Lichterscheinungen an jeder Stelle aufsummieren, so daß ein Gesamt-Hologramm erhalten wird, das hierauf in an sich bekannter Weise so umgeformt wird, daß ein Bild der Strahlungsquelle 11 in Form von Daten in einem Ausgangsspeicher des Rechners erhalten wird, wobei dann dieser Ausgangsspeicher synchron mit der Wiedergabeeinrichtung 41 so abgetastet werden kann, daß eine Übertragung des Bildes auf die Wiedergabeeinrichtung 41 möglich ist. Vorzugsweise ist der Ausgangsspeicher ein solcher, bei dem das Herauslesen ohne Zerstörung des Speicherinhaltes erfolgen kann, so daß eine mehrfache Abtastung möglich ist und der Ausgang des Speichers ständig durch die Wiedergabeeinrichtung 41 darstellbar ist, solange das Bild betrachtet oder ein Film beliohtet werden soll. Der Reohner kann auch dazu verwendet werden, die Intensität in den Ausgangsdaten entsprechend Abständen des Objektes 11 von der Zonenplatte 13, welche von der gewünschten Entfernung verschieden sind, zu vermindern, so daß eine bestimmte Schicht des Ob-

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jektes 11 betrachtet werden kann. Durch eine Wiederholung der Rechenschritte mit neuem Programm im Rechner können verschiedene Schichten des Objektes 11 nacheinander betrachtet werden, indem nacheinander dieselben, im Rechner gespeicherten Daten entsprechend den Ausgangssignalen des Detektorkristalls 17 verarbeitet werden, wobei jeweils ein Programm verwendet wird, welches zur Erzeugung eines scharfen Bildes der jeweiligen Schicht des Objektes 11 erforderlich ist.

In Figur 6 ist schließlich eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher das Objekt 11 und die Zonenplatte 13 wieder ein kodiertes Kernstrahlungsmuster erzeugen, das von einem Detektorkristall 17 aufgenommen wird, dessen Licht-Ausgangssignale beispielsweise vermittels einer Faseroptik-Koppeleinrichtung 51 einem Bildverstärker 50 zuleitbar sind, um ein sichtbares Bild auf dem Leuchtschirm 52 des Bildverstärkers 50 hervorzubringen. Dieses Bild, welches ein Hologramm darstellt, kann unmittelbar zur Belichtung eines Filmes verwendet werden, der dann beispielsweise in dem System entsprechend Figur 4 optisch weiterverarbeitet wird. Es ist aber auch möglich, gemäß Figur 6 eine Fernseh-Aufnahmekamera 53 zu verwenden, welche das auf dem Leuchtschirm 52 entworfene Bild aufnimmt. Vorzugsweise weist der Leuchtschirm 52 eine lange Nachleuchtzeit auf, so daß von dem Detektorkristall 17 erzeugte Liohtblitze während einer Einwirkzeit der Kernstrahlungsquelle 11 auf den Detektorkristall 17 durch die Zonenplatte 13 hindurch aufsummiert oder integriert werden. Die Kameraröhre 53 kann nach einem vorbestimmten Programm unter Verwendung von Steuersignalen abgetastet werden, die von einem Rechner 54t über Steuerleitungen 55 abgeleitet werden und der Ausgang der Kameraröhre 53 erreicht den Rechner 5^ über eine Video-Signalleitung 56. Gegebenenfalls kann die Kameraröhre 53 eine Speicherröhre sein, um die Dauerhaftigkeit des Bildes auf dem Schirm 52 zu erhöhen, so daß die Kameraröhre 53 mit Bezug auf den Rechner 5^ als Primärdatenspeichersystem wirksam wird. Nach entsprechender Umformung der Daten in ähnlicher Weise, wie oben im Zusammenhang mit Figur 5 angegeben, werden die

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Ausgangsdaten in einem Ausgangsspeicher festgehalten, welcher gegebenenfalls ebenfalls von einer Speicherröhre gebildet sein kann, deren Ausgangssignale über eine Video-Signalleitung 57 zu einem Wiedergabegerät 56 gelangen. Die Abtastung des Wiedergabegerätes 56 wird durch ein Signal synchronisiert, das dem Wiedergabegerät 56 über eine Leitung 58 von dem Rechner 54 her zugeführt wird.

Das Abbildungsergebnis des Wiedergabegerätes 56 kann, wenn gewünscht, auf einem Film aufgezeichnet werden oder aber die Ausgangssignale der Kameraröhre 53 und/oder die Ausgangssignale des Rechners 5¹* können auf einem Videosignal-Speicherband festgehalten werden, um nachfolgend verarbeitet und/oder dargestellt zu werden.

Dem Fachmann bietet sich im Rahmen der Erfindung eine Anzahl von Weiterbildungs- und Abwandlungsmöglichkeiten. Beispielsweise können die durchlässigen Bereiche der Zonenplatte 13 aus einem Werkstoff bestehen, welcher Gammastrahlen nicht wesentlich absorbiert oder streut, beispielsweise aus Kunststoff, Berrilium, Magnesium oder Bornitrid und die undurchlässigen Bereiche können aus Wolfram, Uran, Gold oder Platin gefertigt sein und können sich selbst abstützend abgebildet sein, wobei kleine Ringe in zehn verbundenen Segmenten vorgesehen sind.

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Claims

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Patentansprüche

/ 1.!Abbildungssystem insbesondere für Bildstrahlung hoher Energie, gekennzeichnet durch Detektormittel,(17) die auf zeitlich nacheinander auftretende Strahlungsquanten ansprechen, die mindestens innerhalb eines bestimmten Teiles eines Bildausschnittes eine räumliche Kodierung (13) mit in mindestens zwei Richtungen sich ändernden Signalkomponenten aufweisen sowie durch von den Detektormitteln erregte Bilderzeugungseinrichtungen (18, 19, 21, 23, 24, 25, 30, 31, 33, 34, 36 bzw. 40, 41 bzw. 51 bis 56).

2. Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die räumliche Kodierung Rotationssymmetrie zu einer zur allgemeinen Strahlungs-Ausbreitungsrichtung zwischen Strahlungsquelle (ll) und Detektormittel (17) parallelen Achse aufweist.

3. Abbildungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderzeugungseinrichtungen Dekodierungsmittel (30, 31, 33, 35, 36 bzw. 40 bzw. 54) zur Dekodierung der räumlichen Kodierung der Bildinformation enthalten.

4. Abbildungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekodierungsmittel Einrichtungen zur Ableitung von Daten entsprechend der relativen Lage des Ausgangspunktes von Strahlungsquanten der Bildstrahlung enthalten.

5. Abbildungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wiedergabeeinrichtungen (36, 37, 38 bzw. 41 bzw. 56) zur Darstellung der Daten vorgesehen sind.

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6. Abbildungssystem nach Anspruch k oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekodierungsmittel eine Lichtquelle (30) enthalten, von welcher aus ein Lichtstrahlenbündel duroh einen Träger (2k) leitbar ist, dessen optische Eigenschaften vermittels der Ausgangssignale der Detektormittel (17) entsprechend der genannten Kodierung modifiziert sind (Figur k).

7. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Kodierung mittels einer zwischen eine Strahlungsquelle (ll) und die Detektormittel (17) geschalteten Maske (l3) zur Modifizierung der räumlichen Verteilung der Strahlungsenergie erzeugbar ist.

ti. Abbildungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

eine Platte
daß die Maske/(13) enthält, welche Bereiche (16) aufweist, die gegenüber der Bildstrahlung durchlässiger sind als die benachbarten Zonen oder Bereiche.

9. Abbildungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (13) eine Funktion oder Gesetzmäßigkeit der Durchlässigkeitsbereiche aufweist, deren Autokorrelationsfunktion eine vorherrschende Amplitudenspitze besitzt, deren Breite wesentlich geringer als die Breite oder entsprechende Querabmessung der Zonenplatte ist.

10. Abbildungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste durch die Zonenplatte erzeugte räumliche Frequenz wesentlich größer als der Kehrwert der maximalen Querabmessung der Zonenplatte ist.

11. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (13) von einer Absorbtionsplatte gebildet ist, welche zumindest Ausschnitte einer Vielzahl konzentrischer Ringe aus einem Werkstoff enthält, welcher den Durchgang von Bildstrahlungsquanten mindestens teilweise verhindert (Figuren 2 oder 3).

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12. Abbildungssystem nach Anspruch It, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Ringe oder Ringsektoren im wesentlichen gleiche Ringflächen aufweisen.

13. Abbildungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Ringe oder Ringsektoren durch Bereiche (l6) getrennt sind, die zu den genannten Flächen wiederum im wesentlichen gleiche Flächen haben.

14. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel einen der Bild strahlung ausgesetzten Szintillationsdetektor (17) sowie Einrichtungen (18) zur Aufnahme der relativen Lage der SzintiEationen auf dem Szintilationsdetektor enthalten.

15. Abbildungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spektrums der räumlichen Frequenz der genannten Kodierung in derselben Größenordnung liegt wie die räumliche Frequenzbandbreite, auf welohe die die SzintÜLationen aufnehmenden Einrichtungen anzusprechen vermögen.

16. Abbildungssystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß von den Ausgangssignalen der Einrichtungen (18) zur Aufnahme der Szintillationen ein Bild des abzubildenden Gegenstandes ableitbar (19 bis 24 bzw. 19 bis 38) ist.

17. Abbildungssystem nach Anspruch 6 und Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der bezüglich seiner optischen Eigenschaften modifizierte Träger (24) eine räumliche Modulation des Lichtstrahlenbündels bezüglich Amplitude und/oder Phase bewirkt.

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