DE2427199B2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieh! sich auf an Verfahren zur
Erzeugung einer Abbildung unter Verwendung einer von einem räumlich ausgedehnten Objekt ausgehenden,
im BündeSquerschnitt eine die Bildinformation enthaltende Intensitätsverteilung besitzenden Strahlung hoher
Energie, bei welchem dieser Strahlung zur Erzeugung einer mit monochromatischem Licht bestrahlbaren
und auswertbaren Zwischenaufzeichnung mittels einer Maskenanordnung über dem Bündelquerschnitt
eine räumliche Kodierung der Intensität entsprechend Fresnel'schen Zonen erteilt wird. Auch
bezieht sich die Erfindung auf eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung.
Verfahren der hier kurz beschriebenen Art sind aus der US-Patentschrift 32 63 079 bekannt.
Insbesondere bei Einrichtungen zur Bestimmung der Lage und des Zustandes von Strukturen und/oder
Organen im lebenden Körper durch Abbildung von Strahlung hoher Energie, die von Bereichen des
Körpers emittiert wird, die radioaktive Substanzen selektiv absorbiert haben, war es bisher erforderlich,
eine starke Bestrahlung des Körpers mit gesundheitsschädigender Strahlung in Kauf zu nehmen, um eine
zufriedenstellende Auflösung und Schärfe der Abbildung zu erhalten. Es sind daher Einrichtungen, mit
denen die erforderliche Strahlendosis verringert werden kann, um ein Bild ausreichender Auflösung, Schärfe
und Intensität zu erhalten, so daß eine genaue Diagnose über die Lage und den Zustand der Körperstruktur oder
eines Organs ermöglicht wird, von höchster Bedeutung. Auflösung und Schärfe der Abbildung sind auch von der
Zeitdauer abhängig, während welcher der Körper unbeweglich gehalten werden kann.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs kurz beschriebenen Art soll durch die Erfindung die Aufgabe
gelöst werden, eine möglichst kontrastreiche Zwischenaufzeichnung zu erzielen, in welcher die Bildinformatiunen
mit großer Vollständigkeit gespeichert sind, so daß schließlich eine Abbildung verbesserten Auflösungsvermögens
erhalten wird. Auch sollen sich Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens leicht an die
Eigenschaften des abzubildenden Objektes anpassen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die genannte Kodierung mittels zweier längs der
Verbindungslinie zwischen Objekt und einer Detektorflache im Abstand voneinander angeordneter Kodie-
rungsniasken mit Fresncl'schen Zonenmustern erzeugt
wird, welehe zu einer zur genannten Verbindungslinie im wesentlichen parallelen Achse symmetrisch sind.
Die Masken werden nachfolgend mitunter auch als Zonenplatten bezeichnet. Die öffnungen in den Masken
sind diejenigen Bereiche, die gegenüber einer Strahlung hohen Energieniveaus im wesentlichen durchlässig sind.
Diese öffnungen besitzen nun eine Breite, die ein Vielfaches der Wellenlänge der genannten Strahlung
hoher Energie beträgt, so daß die durch die öffnungen hindurchtretende Strahlung im wesentlichen nicht
gebeugt wird und das resultierende, durch den Detektor abgebildete Schattendiagramm als ein räumlich kodiertes
Schattendiagrammuster bezeichnet werden kann, von welchem Bilder des zu untersuchenden Gegenstandes
abgeleitet und rekonstruiert werden können.
Als Strahlung hoher Energie wird vorliegend eine Strahlung bezeichnet, deren Wellenlänge jenseits des
Spektrumsbereiches des sichtbaren Lichtes liegt, also kleiner als 1000 Ä ist.
Wie bereits angedeutet, wird mit einer Einrichtung der hier vorgeschlagenen Art bzw. einem entsprechenden
Verfahren erreicht, daß ausgedehnte Gegenstände, beispielsweise der gesamte Lungenraum eines Patienten,
in allen Einzelheiten abgebildet werden können. Darüber hinaus besitzt ein entsprechendes System eine
verbesserte Anpassungsmöglichkeit hinsichtlich der räumlichen Frequenzanteile des zu untersuchenden
Gegenstandes einerseits und der räumlichen Frequenzen des Abbildungs- und Bildrekonstruktionssystems
andererseits.
Die eine Maske ist bei dem zu untersuchenden Gegenstand angeordnet und kann als Objekt-Zonenplatte bezeichnet werden. Die andere Maske liegt
zwischen einem Viertel und drei Viertel des Abstandes zwischen der Objekt-Zonenplatte und der Aufnahmefläche
eines Detektors oder der Abbildungsfläche des Schattendiagrammusters. Vorzugsweise ist die zweite
Maske auf halbem Wege zwischen der Objekt-Zonenplatte und der Abbildungsfläche des Schattendiagramms
angeordnet.
Der Wirkungsgrad beim Abbildungsvorgang wird vorzugsweise durch Umwandlung der Strahlung hoher
Energie, wie sie von dem zu untersuchenden Objekt ausgeht, in eine Strahlung innerhalb des sichtbaren
Spektrumbereiches verbessert, wobei diese letztgenannte Strahlung mittels geeigneter Einrichtungen,
beispielsweise mittels eines Aufzeichnungsfilmes, aufgenommen wird.
Zur Durchführung des hier angegebenen Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, das auf einen Film
aufgezeichnete Schattendiagrammuster photographisch um ein bis zwei Größenordnungen zu verkleinern. Das
Schattendiagrammuster beugt dann die durch es hindurchtretende monochromatische Strahlung des
sichtbaren Spektrumsbereiches. Ist beispielsweise die größte Breite der öffnungen derjenigen Maske, die sich
nahe dem zu untersuchenden Gegenstand befindet, annähernd 1 mm, beträgt die Zahl der Ringe des
Zonenmusters 50 bis 60 und ist die Breite der kleinsten öffnung das Drittel eines Millimeters, so projiziert die
äquidistante Maske Abstände eines Linienpaares des Schattendiagrammusters von weniger als 1 mm auf den
Film und durch Verkleinerung auf photooptischem Wege in der Größenordnung von 20 :1 erhält man
Linienpaare mit Abständen entsprechend der Wellenlänge im roten Spektrumsbereich, so daß monochromatisches
Licht aus einer herkömmlichen Laserlichtauelle mit einer Wellenlänge im roten Spektrumsbereich
wirksam gebeugt werden kann.
Der Beugungs- Wirkungsgrad kann noch weiter durch Bleichen des Filmes vergrößert werden, um eine
phasenhologrammartige Durchlässigkeit zu erzielen, die im wesentlichen den gesamten Anteil an monochromatischem
Licht bei dessen Hindurehtreten durch den Film beugt.
Es zeigt sich ferner, daß Ungleichförmigkeiten des Schattendiagramms in den Rundbereichen des Aufzeichnungsmittel,
die in dem wiedergegebenen Bild erscheinen können, vorzugsweise durch eine geradlinige
Umgrenzung des Detektorsystems bzw. seiner Aufnahmefläche vermieden werden können, während gekrümmte
Umrißlinien die äußere Begrenzung der Masken bilden, so daß die Randbereiche der Abbildungsfläche
als gekreuzte gerade Linien auf dem wiedergegebenen Bild getrennt von dem Bild des
Gegenstandes erscheinen und durch geeignete Iris-Blenden in dem optischen Wiedergabesystem entfernt
werden können.
Zur Vereinfachung der Beschreibung sei im übrigen ausdrücklich auf den Inhalt der Patentansprüche
hingewiesen. Einzelheiten und Vorteile werden an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform, in der ein Schattendiagramm
auf einen Film als räumlich kodiertes Amplitudenmuster
oder Intensitätsverteilungsmuster aufgezeichnet wird, welches verkleinert auf einem Film
wiedergegeben wird, der anschließend gebleicht wird, um das Amplituden-Hologramm in ein Phasen-Hologramm
umzusetzen, aus welchem Bilder des zu untersuchenden Gegenstandes rekonstruiert werden
können,
F i g. 2 einen Querschnitt durch das Abbildungssystem nach Fig. 1, der die Öffnungen in der Objekt-Maske
zeigt,
Fig. 3 einen Querschnitt durch das Delektorsystem
der Ausführungsform nach Fig. 1 längs der Schnittlinie 3-3, der das Lochsystem der äquidistanten Maske zeigt
und
Fig.4 einen Querschnitt durch das Detektorsystem
nach Fig. 1 in Richtung des Detektorfilmes, wobei der geradlinige Umriß des Detektorfilmes gezeigt ist.
Zunächst sei auf Fig. I der Zeichnung Bezug genommen, in der eine Strahlungsquelle 20, beispielsweise
die Brust einer lebenden Person, dargestellt ist. Teile der Brust sind durch Einnahme radioaktiver
Pharmazeutika radioaktiv gemacht worden. Wie bekannt besitzen ausgewählte Körperteile bzw. Organe,
wie die Leber, die Lungenbereiche oder die Blutgefäße, eine bevorzugte Absorptionseigenschaft für ausgewählte
radioaktive Pharmazeutika. Die Absorption ist unterschiedlich, beispielsweise hängt sie von der Art der
Erkrankung und dem von der Erkrankung befallenen Körperbereich ab.
In der Nähe der Strahlungsquelle 20 ist eine Maske 22
angeordnet, die, wie dies in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist. eine Anzahl gekrümmter Streifen 24 aus
einem für die Strahlung nicht durchlässigen Material aufweist. Die Streifen 24 sind durch Zwischenräume 26
von gleicher Breite wie die Streifen voneinander ge'rennt. Wie ersichtlich, ist die gesamte durchlässige
Fläche der Maske 22 annähernd so groß wie deren gesamte nichtdurchlässige Fläche, was als ein Fresnel'-sches
Zonenmuster angesehen werden kann. Das Material der Streifen 24 ist so ausgewählt, daß die auf
die Streifen 24 aiiftreffende Strahlung der Strahlungsquelle
20 absorbiert wird, während die Strahlungsanteile, die auf die Zwischenräume 26 zwischen den Streifen
24 gerichtet sind, diese durchdringen.
Die Maske 22 kann an sich in unterschiedliche.1!!
Abständen von der Strahlungsquelle 20 angeordnet werden; vorzugsweise wird sie aber so nah wie möglich
bei der Strahlungsquelle 20, die den zu untersuchenden Gegenstand darstellt, angeordnet. Die Maske 22 kann
deshalb auch als Gcgenslandsmaskc bezeichnet werden. Sie kann beispielsweise durch einen Niederschlag einer
Bleischicht auf einer Aluminiumplatte und maschinelle Abtragen von Teilen der Bleischicht hergestellt werden,
um Teile der Aluminiumplatte freizulegen. Das Aluminium ist für die gesamte in diesen Bereichen antreffende
Strahlung hoher Energie im wesentlichen durchlassig: somit stellen die freigelegten Aluminiumbereichc
Strahlungsöffnungcn 26 dar.
Selbstverständlich weisen die Dicke der Bleischicht und der Trägerplatte entsprechend zu wählende
Abmessungen auf, und der Abstand zwischen der Strahlungsquelle 20 und der Maske 22 ist abhängig von
dem verwendeten radioaktiven Isotop. Beispielsweise erzielt man bei einer Absorption von einem Millicurie
entweder von radioaktivem Technetium oder radioaktivem Jod gute Ergebnisse mit Breiten und Abständen in
der Größenordnung von einem Zehntel Millimeter bis zu einem Zentimeter.
Die Qualität des aufgenommenen fertigen Bildes ist abhängig von der Länge der Belichtung des Detcktorsystems
durch den Patienten; die Belichtungszeit kann vorzugsweise im Bereich von einer Minute bis zwanzig
Minuten liegen, was 100 bis 10'" Impulsen der
Hochenergie-Strahlungspartikel oder -quanlen entspricht. Da jedoch die Zahl der aufgenommenen
Impulse um mehrere Größenordnungen größer ist als die in Lochblenden- oder Sammellinsen-Absorptionssystemen
festgestellten Impulse, erhält man eine größere Auflösung und Bildschärfe.
Das von den Streifen 24 gebildete Muster, das die Strahlungsöffnungen begrenzt, stellt einen unvollständigen
Teil eines Fresnel'schen Zonenmusters dar. Die Streifen 24 verlaufen gekrümmt zu der Umrandung des
kreisförmigen Ringes, der den Umfang der Maske 22 begrenzt. Der Klarheit der Darstellung wegen sind nur
wenige der Streifen 24 und Zwischenräume 26 gezeichnet, wobei mit einem derartigen System auch
schon zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können. Es wurde jedoch gefunden, daß Masken mit
mehr als 50 Streifen und Zwischenräumen besonders dazu geeignet sind, um Bilder mit großer Auflösung und
Bildschärfe aus dem gebildeten Schattendiagramm von einer Kristall-Szintillationsschicht aus direkt auf einem
Film zu erzeugen.
Die Breite des kleinsten Zwischenraumes 26 ist um mehrere Größenordnungen größer als die Wellenlänge
der Strahlung, Wenn beispielsweise die Breite der kleinsten Strahlungsöffnung in der Größenordnung von
einem Millimeter liegt, so besitzt eine beliebige Strahlung außerhalb des sichtbaren Bereichs eine
Wellenlänge, die um viele Größenordnungen kleiner als ein Millimeter ist; deshalb sind Beugungseffekte der
Maske 22 bei einer solchen Strahlung im wesentlichen nicht feststellbar.
Das Muster der Streifen 24 und Zwischenräume 26 stellt, wie bereits angedeutet, einen aus der Mitte
versetzten Ausschnitt eines Fresnel'schen Zoncnmusters
dar. Der Durchmesser der in Fig. 2 dargestellten
Maske ist annähernd gleich dem Abstand zwischen der Mitte des Fresnel'schcn Zonenmusters und der Mitte
der Maske 22. Eine derartige Versetzung verschiebt das Bild während des Wiedergabevorganges und ist
vorzugsweise groß genug, um einerseits mehrfach erzeugte Bilder zu trennen und um andererseits
Dctektoraufnahmeflächen-Randeffekte aus dem gewünschten Bild abzusondern.
Die Maske 22 ist in einem Gehäuse 30 gehalten welches die Maske 22 mit einem vorbestimmten
Absland Si von einer zweiten räumlichen Kodiermaske
32 trennt. Die Maske 32, die als Zwischenmaske oder als äquidistantc Maske angesehen werden kann, ist in
ähnlicher Weise wie die Maske 22 gestaltet und weist ein Muster auf, das einen aus der Mitte versetzten
Ausschnitt eines Fresnel'schen Zonenmusters darstellt wie F i g. 3 zeigt. Die dargestellten Muster der Masken
22 und 32 stellen nur Beispiele dar; es können vielmehr vielgestaltige Muster oder Musterleile verwendet
werden, sofern sie symmetrisch um Achsen angeordnet sind, die im wesentlichen parallel zu der mittleren
Ausbreitungsrichtung der durch die Masken tretenden Strahlung verlaufen. Während die Masken 22 und 32 als
ebene Masken dargestellt sind, können sie, falls gewünscht, auch als Teile mit sphärischen oder
zylindrischen Flächen oder mit anderen geometrischen Formen ausgebildet sein.
Wie F i g. 3 zeigt, besitzt die Maske 32 gegenüber der Maske 22 nur halbe Größe. Der verbleibende Raum bis
zu dem Gehäuse 30 ist mit demjenigen Teil der Aluminiumgrundplatte ausgefüllt, der mit Blei bedeckt
ist, welches im wesentlichen die gesamte daraul treffende Gammastrahlung absorbiert. Zwar könnten
sich die zonenplattenförmigen Ringe der Maske 32 bis zu dem Gehäuse 30 erstrecken, doch erhielte man keine
wesentliche zusätzliche Kodierung, weil dann die Breite und die Abstände der absorbierenden Ringe viel kleiner
würden als deren Dicke.
Das Detektorsystem 36 weist auf der von der Maske 22 abliegenden Seite einen Abstand 52 von der Maske 32
auf, so daß die Maske 32 im wesentlichen gleiche Abstände von der Gegenstandsmaske 22 und der
Aufnahmefläche oder der holographischen Bildebene des Detektors 36 hat. Somit wird eine vorbestimmte
Stelle der holographischen Bildebene von einer Vielzahl gerader Strahlen getroffen, die durch unterschiedliche
Maskenöffnungen der Masken 22 und 32 hindurchlreten, wie beispielsweise für die Stelle 28 dargestellt ist,
Da eine Vielzahl solcher Punkte vorhanden ist, die im wesentlichen Kreisbögen in der holographischen
Bild-Detektorebene darstellen, bilden die von dem Gegenstand 20 ausgesandten Partikel oder Quanten ein
Intensitätsmaximum, d. h. eine Höchstzahl von Strahlungspartikeln für die betreffende Kodierfrequenz, auch
wenn der Gegenstand 20 vergleichsweise groß ist. Es werden auch vielerlei weitere gekrümmte Anordnungen
von Punkten in ähnlicher Weise auf die Detektorebene projiziert, wobei deren Gesamtsumme ein Schattendiagramm
ist, das sämtliche räumlichen Frequenzanteile des räumlichen Kodemusters enthält, dem die Informationsdaten,
die den besonderen Verlauf und die Strahlungsdichte des zu untersuchenden Gegenstandes
darstellen, überlagert werden. Ein solches Muster stellt ein Amplituden- oder Intensitätsmuster dar und kann
daher durch das Detektorsystem 36 aufgenommen werden.
Wie Fig.4 zeigt, weist das Gehäuse in dem Bereich,
in dem es das Detektorsystem 36 trägt, nicht mehr
runden, sondern rechteckigen Querschnitt auf. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung eines kreisförmigen
Ausschnittes im Gebiet des Schattendiagramms oder der Detektoraufnahmefläche eine Bildwiedergabe
durch optische Mittel eine Reihe kreisförmiger Muster ι erzeugt, die sich im gewissen Umfange dem gewünschten
Bild überlagern oder dieses verschlechtern. Bei Verwendung einer lechteckigen Ausschnittsform, wie in
Fig. 4 dargestellt, treten bei der Bildrekonstruktion geradlinige Störeffekte, die aus der geradlinigen
Begrenzung der Peripherie des Schattendiagrammes resultieren und sich im Gestalt eines Kreuzes schneiden,
wobei positive und negative Bilder in gegenüberliegenden Quadranten des Kreuzes erscheinen, so daß bei
Verwendung einer Irisblende ein gewünschtes Bild ir>
ausgewählt werden kann, während die verbleibenden Daten, einschließlich der Störeffekte, ausgeschieden
werden.
Die Größe und der Abstand der Masken 22 und 32 sowie die Größe der geraden Detektorfläche können in 2»
weiten Grenzen ausgewählt werden. Bei der Untersuchung des menschlichen Körpers haben sich folgende
Abmessungen als zweckmäßig erwiesen:
Durchmesser der Maske 22 25 bis 30 cm
wirksamer Durchmesser "'
wirksamer Durchmesser "'
der Maske 32 12 bis 15 cm
Abmessungen der Detektorfläche 25 χ 30 cm
Zwischenraumabstände Si = 52 = 9 cm
Die Anzahl der auf den Masken 22 und 32 zweckmäßigerweise aufgebrachten Streifen 24 hängt
von der Dicke und dem Material des Maskenmediums ab.
Das Delektorsystem 36 ist als im wesentlichen ebenes System dargestellt; es kann aber auch eine sphärische, Ji
zylindrische oder eine andere geometrische Oberflächenform aufweisen. Das Detektorsystem enthält bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Filmschicht 38, die zwischen zwei dünnen Schichten 40 aus
Kristallmaterial, wie Cälsium-Jodid oder Kalzium-Wolf- w
ramat angeordnet ist, welches beim Auftreffen von Gammastrahlung Licht-Szintillationen erzeugt. Eine
abschließende Trägerplatte 42, vorzugsweise aus lichtreflektierendem Metall, trägt die .Kristallschichten
40 und den dazwischenliegenden Film 38. Die v>
Vorderfläche der der Trägerplatte 42 benachbarten Kristallschicht 40 kann auf der dem Film 38 gegenüberliegenden
Seite ebenfalls mit einer dünnen Schicht aus lichtreflektierendem Material, etwa einer Aluminiumoder
Silber-Oberflächenschicht, überzogen sein. Falls r>»
gewünscht, kann auch die gesamte Anordnung aus Trägerplatte 42, Film 38 und Kristallschichten 40 zu
einem einheitlichen Verband oder einer einheitlichen Kassette vereinigt werden.
Im Betrieb gelangen die Gammastrahlen von dem Γ·Γ·
Gegenstand 20 durch die Masken 22 und 32 und durch die Kristallschichten 40. Ein Teil der Gammastrahlen
erzeugt Licht-Szintillationen in der einen oder in der anderen der Kristallschichten, deren Intensität groß
genug ist, um Flächenelemente des Films, die den die «> Licht-Szintillationen erzeugenden Kristallbereichen benachbart
sind, zu belichten. Die Kristallschichten 40 sind vorzugsweise nur wenige Millimeter dick, so daß die
Bildschärfe in dem auf den Film 38 aufgezeichneten Muster im Millimeterbereich liegt. ι>Γ)
Obwohl sich der Film 38 vorzugsweise in einer Kassette befindet, ist er hier als Teil einer Filmrolle 44
dargestellt, die durch die Kristallschicht 40 hindurchgeführt wird, um den Verfahrensablauf zu verdeutlichen.
Nach der Belichtung wird der Film 38 nach einem herkömmlichen Verfahren entwickelt, in dem er durch
ein Entwicklerbad 46 geführt wird. Es kann ein beliebiger Entwicklungsgrad eingestellt werden. Der
Film wird aber vorzugsweise so ausreichend entwickelt, daß ein maximaler Kontrast zwischen den Licht- und
Dunkelzonen entsteht. Unterschiedliche Entwicklungsgrade können jedoch dafür verwendet werden, daß sich
unterschiedliche Gesamtintensitäten des aufgenommenen Schattendiagramms hervorheben.
Der Film 38 wird dann zu einem Reduktionssystem 48 bekannter Art geführt, in dem das von einer
geschliffenen Glasplatte bzw. Mattscheibe 52 ausgehende Licht einer Lichtquelle 50 durch den Film 38
hindurchstrahlt, wobei die Strahlen mittels einer Linse 54 auf der von der Lichtquelle 50 abliegenden Seite auf
einen Film 58 fokussiert werden. Die Brennweite der Linse 54 ist so gewählt, daß die Lichtstrahlen beim
Durchtritt durch den Film 58 konvergieren, so daß die Schattenbereiche des Filmes 38 in verkleinerter Form
auf den Film 58 projiziert werden, um den Film 58 zu belichten und ein Negativ des auf. dem Film 38
entwickelten Musters in Verkleinerung auf dem Film 58 zu erzeugen. V
Das auf den Film 58 übertragene Muster ist ausreichend verkleinert, so daß die Projektion der
Streifenabstände des auf dem Film 38 aufgezeichneten Musters genügend eng ist, um einen starken Beugungsgrad des hindurchtretenden Strahlenbündels sichtbaren
Lichtes zu erreichen. Damit läßt sich eine wesentliche Verbesserung der Bildwiedergabe sowohl unter dem
Gesichtspunkt der Bildverzerrung als auch unter dem Gewichtspunkt der Bildschärfe oder der Intensität
erzielen.
Der Film 58 kann, falls gewünscht, auch in Form einer Kassette vorliegen, doch ist hier eine Filmrolle
dargestellt, um die nachfolgenden Verfahrensschritte zu verdeutlichen. Der Film 58 wird durch eine herkömmliche
Entwicklungs- und Bleicheinrichtung 60 geführt und kann von beliebiger, bekannter Art sein, so daß er nach
dem Entwickeln im wesentlichen gleiche oder höhere Kontrastunterschiede hervorbringt, als der entwickelte
Originalfilm 38. Anschließend kann der Film mit einem bekannten Filmbleichmittel behandelt werden, um die
lichtabsorbierenden Bereiche (Zonen) jeweils in eine Substanz umzuwandeln, die eine. Dicke und/oder einen
Brechungsindex aufweist, die sich bzw. der sich jeweils von Bereich zu Bereich unterscheidet. Der Bleichvorgang
dient zum einen der Verbesserung der Lichtübertragung und ist zum anderen Teil eines Umwandlungsprozesses von einem Schattendiagrammuster, das durch
nichtkohärente Strahlung erzeugt worden ist, zu einem lichtbrechenden System, das für eine Bildwiedergabe
mit kohärentem Licht geeignet ist, wobei die Verringerung der Bildgröße zur weiteren Verbesserung der
Qualität und der Klarheit des reproduzierten Bildes dient.
Der Film 58 wird dann für die Rekonstruktion eines Bildes des Gegenstandes 20 mittels eines Wiedergabesystems
62 mit kohärentem Licht verwendet. Das Wiedergabesystem 62, enthält eine Kohärent-Lichtquel-Ie
64, wie einen Helium-Neon-Laser, dessen Ausgangsstrahlung mittels einer Linse 66 auf eine Lochblende »68
fokussiert wird, um räumliche Störungen zu beseitigen. Das durch die Lochblende 68 projizierte Licht gelangt
durch eine Sammellinse 70 und anschließend durch den entwickelten und gebleichten Film 58, wodurch der
Informationsgehalt des Bildes um einen Abstand i\. von
der Mittellinie des Lochblenden- und Sammellinsensystems 68, 70 abgelenkt wird, so daß er durch eine
öffnung mit einem Durchmesser d\n einer Irisblende 72
tritt und als wiedergegebenes Bild in einer Bildebene eines beliebigen Detektorsystems, beispielsweise auf
einer geschliffenen Glasplatte oder Mattscheibe 74 erscheint. Die Entfernung des Schirmes 74 kann in
bezug auf den Film 58 geändert werden, um aus dem auf dem Film 38 aufgezeichneten Muster verschiedene
Schichten hervorzubringen, entsprechend den jeweiligen verschiedenen Abständen des Gegenstandes 20 von
dem Detektorsystem 36.
Die Größe der Öffnung dund deren Versetzung r,. mit
Bezug auf die Irisblende 72 sind abhängig von dem Durchmesser der Masken 22 und 32 und von dem
Abstand, um den die Mitte der Masken von dem Zentrum des Fresnel'schen Zonenmusters versetzt ist.
Wenn beispielsweise der Durchmesser jeder der Zonenplatten gleich der Versetzung der Mitte jener
Zonenplatten von der Mitte des zugehörigen Fresnel'schen Zonenmusters ist, so ist die Größe der öffnung d
in der Blende 72 vorzugsweise im wesentlichen gleich dem Versetzungsabstand /vvon der Mitte des Systems.
Die Irisblende 72 ist im wesentlichen in der Ebene angeordnet, in der das Licht aus der Lochblende 68
durch die Linse 70 fokussiert werden würde, wenn der Film 58 nicht vorhanden wäre. Diese Ebene kann als
Fourier-Ebene bezeichnet werden. Es kann aber auch jeweils eine andere Lage für die Irisblende 72 und/oder
für Mittel zum Absondern des gewünschten Bildes von Störeffekten und/oder unerwünschten Bildern gewählt
werden.
Das auf dem Schirm 74 erzeugte Bild kann unmittelbar betrachtet werden, und/oder es können
mehrere Bilder mittels einer Kamera 76 aus unterschiedlichen Entfernungen des Schirmes 74 von der
Fourier-Ebene aufgenommen werden. Es kann auch eine Fernseh-Aufnahmekamera verwendet werden, um
das wiedergegebene Bild zu betrachten und/oder um Bilder im Speicher eines Rechners aufzuspeichern, aus
dem, falls gewünscht, gleichzeitig dreidimensionale Ansichten des Gegenstandes 20 wiedergegeben werden
können.
Es liegt im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens, daß einzelne Licht-Szintillationen aus den
Kristallschichten 40 einen Bildpunkt (Teilgebiet) des Filmes nicht vollständig belichten. Auf diese Weise
werden sich überdeckende Muster, die durch benachbarte Punktlichtquellen entstanden sind, im wesentlichen
sämtlich mit einer optimalen Intensität aufgezeichnet und treten sehr selten Bedingungen auf, bei denen
Bildpunkte (Teilgebiete) des Filmes vollständig belichtet sind, so daß zusätzliche Licht-Szintillationen, die nach
einer derartigen vollständigen Belichtung noch auftreten, nicht mehr aufgenommen werden.
Der Film 38 ist für eine vorgegebene Belichtungszeit ausreichend dick, um eine vollständige Aufzeichnung
ohne Sättigung zu erzielen, da Filmteile, die weitergehend belichtet sind, in der Reduktionsphase lichtdurchlässig
bleiben. Durch jene Teile, die noch lichtdurchlässig sind, gelangt der größte Lichtanteil, so daß der
verkleinerte Film 58 ein Negativ des Originalfilmes 38 darstellt, wobei eine größere Schwärzung des Negativfilmes
58 verursacht ist. Jedoch führt dies nicht zu einer Verschlechterung der Bildintensität, da im wesentlichen
alle undurchlässigen Bereiche vollständig gebleicht sind, so daß man als Endergebnis eine geringfügige
durchschnittliche Vergrößerung der Beugungseigenschaft des Filmes erhält.
Die wesentliche Signalverstärkung, die man durch die Verkleinerung des Formats des Filmes 58 mit Bezug auf
den Film 38 erhält und der Bleichvorgang ermöglichen, daß dieses System für die Direktaufzeichnung von
Schattendiagrammen verwendet werden kann. Gleichzeitig erhält man eine verbesserte Auflösung und
Schärfe des hiervon abgeleiteten Bildes. Die Verbesserung der Bildschärfe ist abhängig von der Gesamtzahl
der aufgezeichneten Impulse, die wiederum von der Belichtungszeit des Delcktorsystems abhängt. Wegen
der großen Zahl verfügbarer Impulse im Vergleich mit früheren Loch- oder Sammellinsenkameras können
vergleichsweise dünne szintillierende Kristallschichten 40 verwendet werden, wodurch ein wesentlich größeres
Auflösungsvermögen bei der Schattendiagramni-Aufzeichnung erzielt wird als dies bisher der Fall war.
Daraus folgt, daß die Feinheit des Streifenabstandes des feinsten Streifens der zonenplattenförmigen Maske 32
im wesentlichen so groß gemacht werden kann, wie sich derartige Anordnungen praktisch herstellen lassen,
wobei dann immer noch Muster auf die Aufnahmefläche projiziert werden, die innerhalb des räumlichen
Frequenz-Durchlässigkeitsbereiches des Detektorsystems liegen. Beispielsweise kann man bei einer
20 : !-Verkleinerung der Hologrammgröße vom Film 38 zum Film 58 eine hohe Bildschärfe eines Gegenstandes
unter Verwendung eines hohen Energieniveaus von nichtkohärenter Strahlung aus einer in einem lebenden
Gewebe untergebrachten Strahlungsquelle erhalten, wobei das durch Verwendung von kohärentem Licht
durch den Bildumwandlungsprozeß hergestellte Bild schon mit dem bloßen Auge sichtbar ist.
Nach einem älteren, der deutschen Offenlegungsschrift 23 22 612 zu entnehmenden Vorschlag gelangt
die von dem zu untersuchenden Gegenstand ausgesandte Strahlung der Reihe nach durch einen periodischen
Halbschattenschirm und einen aus der Mitte versetzten Ausschnitt einer Zoncnplatte entsprechend einem
Fresnel'schen Zonenmuster. Sowohl der Halbschatlenschirm als auch die Zonenplatte sind so ausgebildet, daß
die Streifen oder Zonen mit Bezug auf die Strahlung abwechselnd durchlässig und nichtdurchlässig sind. Ein
derartiges System erzeugt ein kodiertes Schattendiagramm streng durch geometrisches Beschatten. Die
Zoncnplatte und der Halbschattenschirm weisen ein ausreichend grobes Gefüge auf, so daß keine wahrnehmbare
Beugung erzielt wird. Bei sorgfältiger Auswahl der räumlichen Frequenzen erhält man ein
genaues Moire'sches Streifenmuster auf dem Schaltendiagramm oder der Bildebene. Obwohl dieses Streifenmuster
mehr durch Beschattung als durch Beugung geformt worden ist, ist es einem Hologramm recht
ähnlich. Die ursprünglich dreidimensionale Strahlungsquelle kann durch Belichtung eines von dem Schattendiagramm
mit kohärentem Licht abgeleiteten Transparents rekonstruiert werden.
Die Entstehung des Moirc'schen Streifenmusters wird durch Betrachtung der Strahlungswege besser
verständlich. Unter der Annahme, daß der Abstand von dem Halbschattenschirm zu der Zonenplatle gleich dem
Abstand der Zonenplatte zu der Bildebene und daß ferner die Raumfrequenz in der Mitte der Zonenplatte
genau doppelt so groß wie die Frequenz des Halbschattenschirms ist, gibt es eine Stelle in der
Bildebene, in der sich die lichtdurchlässigen Zonen in der Mitte der Zonenplatte auf die lichtdurchlässigen
Streifen des Halbschattenschirnis projizieren. Die zu
diesem Punkt durch die Mitte der Zonenplatte übertragene Strahlung stelle eine Strahlungsmaximum
dar. An einer benachbarten Stelle, in der sich die lichtdurchlässigen Mtttelzonen auf nichtliehtdurchlässige
Streifen projizieren, stellt die übertragene Strahlung ein Strahlungsminimuni dar. Im allgemeinen wird ein
Streifenmuster sowohl hinsichtlich Amplitude als auch hinsichtlich Phase der Streifen in Abhängigkeit von der
Quellenverteilung gebildet.
Nach dem vorliegenden Vorschlag erhält man einen noch größeren Streifenkontrast dann, wenn der
Halbschattenschirm als Zonenplatte ausgebildet ist und
zweimal so groß ist wie die andere Zonenplatte. Die Streifenamplitude ist dann proportional der Fourier-Transformation
der Quelle multipliziert mit einem quadratischen Phasenfaktor, und sie ist einem Fraunhofer'schen
Hologramm sehr ähnlich.
Das System mit zwei Zonenplatten weist verschiedene Vorteile auf. Die deutlichsten Streifen treten in der
Mitte des Hologrammes auf. Wenn daher entweder das Auflösungsvermögen oder die Empfindlichkeit des
Bilddetektors an dessen Randbereich abfällt, so geht vergleichsweise wenig an Informationen verloren.
Auf Grund der Fourier-Transformationseigenschaft können verschiedene räumliche Filtervorgänge durch
Maskierung der Hologrammebene auf einfache Weise durchgeführt werden. Beispielsweise können niedrige
räumliche Frequenzen durch Abdeckung der Mitte des Hologrammes unterdrückt werden. Da die Streifen eine
makroskopische Struktur aufweisen, kann das Hologramm visuell geprüft werden, wobei die Bereiche, in
denen der Streifenkonirast gering ist, abgedeckt werden können. Dieser Vorgang stellt eine grobe Annäherung
an eine angepaßte Filtrierung dar und ermöglicht das Signal-Störungs-Verhältnis bei der Bildwiedergabe zu
verbessern.
In dem obenerwähnten älteren Vorschlag ist ein Abbildungssystem beschrieben, mit dem nähere Einzelheiten
von Gegenständen, wie Schilddrüsen, ohne Schwierigkeit mit einer Anzahl von räumlich getrennt
angeordneten Lochgebilden abgebildet werden können, von denen eines einen Teil einer Fresnel'schen
Zonenplatte und ein anderes eine streifenförmige Maske oder einen Halbschattenschirm mit gleichbleibender
räumlicher Periodizität darstellen.
Eine Gamma-Kamera dieser Art benutzt einen aus der Mitte versetzten Teil einer Fresnel'schen Zonenplatte
mit einem Streifenmuster solcher Art, daß die räumliche Mittelfrequenz des Zonenplattensegments
f,,H- und die räumliche Frequenz des Halbschattens f\tl
miteinander durch die Beziehung
Jz1*
ν S1 I N,
darstellen.
Wenn die Abstände si und £>
vergleichbar sind mit oder kleiner sind als die Zonenplattenöffnungen und wenn die Zonenplattenringbereiche und Halbschatten-
-, oder Streifenmuster eine Dicke aufweisen, die vergleichbar ist mit den Streifenabständen, so sind nur jene
Gammastrahlen wirksam an eier Belichtung des Filmes beteiligt, die ziemlich nahe bei der Normalen hindurchtreten,
was durch den Effekt der Randunschärfe
in (Vignettierung) und auch durch die MR1 Verluste
begründet ist, weil Diagonalstrahlen einen weiteren Weg haben und schwächer sind.
Es wurde gefunden, daß die räumliche Frequenzanpassung
der Zonenplatte und des Streifenmusters in den
ι -, Feldrandbereichen nur knapp ausreichend ist, einerseits,
weil die Zonenplatte und der Halbschattenschirm nicht parallel sind und andererseits, weil die Zonenplattcnfrequenz
und die Halbschaltenschirmfrequen/ in den Feldrandbereichen nicht aufeinander abgestimmt sind.
.'(i Das Ergebnis ist eine Ungleichförmigkeit des Feldes,
wobei die Mitte des Feldes besser belichtet ist als dessen Randbereiche.
Gemäß dem vorliegend angegebenen Verfahren ist das gerade Streifenmuster durch eine weitere Zonen-
_>> platte solchen Maßstabes ersetzt, daß die Bedingungen
für die räumliche Frequenzanpassung zufriedenstellend sind.
Brauchbare Ergebnisse können auch dann erzielt werden, wenn der Radius η des ersten Randbereiches
in einer jeden Zonenplatte der folgenden Verhältnisgleichung für die Frequenzanpassung genügt:
' 1 =/>
Itlkilllt
_ 1I :r IC I1 S1 + S2
verknüpft sind, wobei si den Abstand des Streifenmusters
von der Zonenplatte und 52 den Abstand der Zonenplatte von der Abbildungs- oder Bildebene
Da die beiden Zonenplatten die gleiche Funktion haben (bei geeignetem Maßstab) ist das Ergebnis die
Korrelationsfunktion der beiden identischen Muster
κι (abgesehen vom Maßstab). Wenn die Zonenplatten in ihren Abmessungen unendlich wären, wäre die Korrelation
ein Impuls, der auf einer die Mitten der Zonenplatten miteinander verbindenden Linie läge. Bei
Betrachtung der »Film«-Ebene erkennt man daher die
π Fourier-Transformation der Gegenstandsebene.
Dem Fachmann bietet sich im Rahmen der Erfindung eine Anzahl von Weiterbildungs- und Abwandlungsmöglichkeiten. Beispielsweise können in dem System
hervorgerufene Verzerrungen verringert werden durch
i(i die Reduktion der Filmgröße oder auch durch andere
Mittel, wie Korrekturlinsen. Es kann auch eine Vielzahl anderer räumlich kodierender Muster, die keine
Fresnel'schen Zonenmuster darstellen, verwendet werden. Die Bildwiedergabe kann von Rechnern unter
ΊΊ Verwendung geeigneter Transformationsprogramme
ausgeführt werden. Die Erfindung kann auch für die Herstellung von Abbildungen aus Schattenpartien von
Organen verwendet werden, die Substanzen aufweisen, die eine Gammastrahlung absorbieren, die von einer
Wi Quelle außerhalb des lebenden Organismus austritt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
- Patentansprüche:I. Verfahren zur Erzeugung einer Abbildung unter Verwendung einer von einem räumlich ausgedehnten Objekt ausgehenden, im Bündelquerschnitt eine die Bildinformation enthaltende Intensitätsverteilung besitzenden Strahlung hoher Energie, bei welchem dieser Strahlung zur Erzeugung einer mit monochromatischem Licht bestrahlbaren und auswertbaren Zwischenaufzeichnung mittels einer Maskenanordnung über den Bündelquerschnitt eine räumliche Kodierung der Intensität entsprechend Fresnel'schen Zonen erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kodierung mittels zweier längs der Verbindungslinie zwischen Objekt und einer Detektorfläche im Abstand voneinander angeordneter Kodierungsmasken mit Fresnel'schen Zonenmustern erzeugt wird, welche zu einer zur genannten Verbindungslinie parallelen Achse symmetrischsind.
- 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Abbildes eines Organs des lebenden Körpers die genannte Strahlung von diesem Organ nach Verabreichung eines Radiopharmazeutikums abgeleitet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kodierungsmasken mit exzentrischen Ausschnitten von Fresnel'schen Zonenmustern verwendet werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentren der Fresnel-Zonenmusler auf der genannten, zu der Detektorfläche im wesentlichen normalen Verbindungslinie gelegen sind.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Detektorfläche eine Umwandlung der Strahlung hoher Energie in solche niedrigerer Energie stattfindet.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung niedrigerer Energie aufgezeichnet wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das sich an der Detektorfläche einstellende Aufzeichnungsergebnis zur Erzeugung der genannten Zwischenaufzeichnung verkleinert wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zwischenaufzeichnung ein Teil des die räumliche Kodierung aufweisenden Strahlenbündels bzw. ein Teil des an der Detektorfläche erzeugten Schattenbildes verwendet wird.
- 9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Träger (30) zur Halterung der Kodierungsmasken (22,32) in bestimmtem gegenseitigen Abstand im Raum zwischen dem Objekt (20) und einer Detektorfläche (36,38).
- 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierungsmasken (22, 32) unterschiedliche Größe besitzen.
- I1. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnel-Zonenmuster der Kodierungsmasken (22, 32) unterschiedliche Brennweiten besitzen.
- 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine solche Halterung derKodierungsmasken (22, 32), daß die Zentren ihrer Fresnel-Zonenmuster auf einer zur Deteklorflüche (38) im wesentlichen normalen Achse liegen.
- 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse etwa auf die Mitte der Detektorfläche trifft.
- 14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierungsmasken (22, 32) so bemessen und angeordnet sind, daß Fluchtlinien von der Mitte der Detektorfläche (36, 38) aus durch entsprechende Stellen der Zonenplatten verlaufen.
- 15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Detektorfläche (36,38) ein Wandlermittel (40) zur Umwandlung der Strahlung hoher Energie in solche niedrigerer Energie vorgesehen ist.
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