DE2548155C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen 3-dimensionaler Bilder von mit Röntgen- oder Gammastrahlen strahlenden oder durchleuchteten Objekten, bei welchem mit Hilfe codierender Aperturen Schattenbilder erzeugt werden, aus denen danach mit optischen und/oder elektronischen Schritten Objektbilder rekonstruiert werden.The invention relates to a method for creating 3-dimensional images using X-rays or gamma rays radiating or illuminated objects, in which with the help of coding apertures Shadow images are generated, from which object images are then generated using optical and / or electronic steps be reconstructed.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck Röntgenhologramme zu erstellen. Hierzu wird eine Serie von Schattenbildern aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen, die zu einem Hologramm zusammengesetzt werden, so daß nachher ein 3-dimensionales Objektbild erhalten werden kann. Da Röntgen- oder Gammastrahlen in merklichem Maße weder gebrochen noch reflektiert werden können, sind die Abbildungssysteme hierfür alle der Lochkamera verwandt und teilen deren gravierenden Mangel, der darin besteht, daß der geometrische Wirkungsgrad, d. h. der Anteil der in die Bildebene gelangenden Gammaquanten, und das Auflösevermögen gekoppelt sind. Um diese grundsätzliche Beschränkung zu durchbrechen, sind Abbildungssysteme bekanntgeworden, bei welchen kein direkter Zusammenhang zwischen Bild und Urbild mehr besteht. Bei diesen Abbildungssystemen wird das Objekt mit einer codierenden Apertur abgebildet, wonach in ei.iem zweiten Abbildungsschritt eine Rekonstruktion des Urbildes erfolgt. Es ist bekannt, als codierende Aperturen Lochblenden mit statistisch verteilten Lochungen zu verwenden. Es ist auch bekannt (Journal of Nuclear Medicine 1972, Seiten 612 bis 615) zur Abbildung von Gamma-Strahlenquellen Fresnelsche Zonenplatten zu verwenden. Es können sowohl on-axis als auchIt is known to create X-ray holograms for this purpose. A series of Shadow images recorded from different perspectives, which are put together to form a hologram so that afterwards a 3-dimensional object image can be obtained. Since X-ray or Gamma rays can neither be refracted nor reflected to a noticeable extent, these are the imaging systems for this all related to the pinhole camera and share its serious shortcoming, which is that the geometric efficiency, d. H. the proportion of gamma quanta reaching the image plane, and resolving power are coupled. To break this fundamental limitation, imaging systems have become known in which there is no direct connection between Image and archetype exist longer. With these imaging systems the object is imaged with a coding aperture, after which in a second imaging step a reconstruction of the original takes place. It is known as pinhole coding apertures to be used with statistically distributed perforations. It is also known (Journal of Nuclear Medicine 1972, pages 612 to 615) for mapping gamma radiation sources Fresnel zone plates to use. It can be both on-axis and

i' off-axis-Zonenplatten eingesetzt werden. Es werden Schattenbilder erzeugt, die die Informtionen über das Objekt in codierter Form enthalten. Eine Decodierung kann einfach durch optische Korrelation durchgeführt werden. Bei diesen Abbildungssystemen wirdi 'off-axis zone plates are used. It will Creates shadow images that contain the information about the object in coded form. A decoding can be done simply by optical correlation. With these imaging systems

-" die Abbildungsquaiität dadurch beeinträchtigt, daß bei der Rekonstruktion Beugungserscheinungen auftreten, durch die das reelle oder virtuelle Bild mit unscharfen Beugungsbildern oder auch ungebeugtem Licht überlagert wird.- "The image quality is impaired by the fact that During the reconstruction, diffraction phenomena occur, as a result of which the real or virtual image becomes blurred Diffraction images or non-diffracted light is superimposed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,· ein Verfahren zu schaffen, mit welchem 3-dimensionaIe Bilder erzeugt werden können, bei welchem ein erhöhtes örtliches Auflösungsvermögen erhalten wird, während außerdem kürzere Belichtungszeiten oderThe invention is based on the object of creating a method with which 3-dimensional Images can be generated in which an increased spatial resolution is obtained, while also shorter exposure times or

Ji) geringere Strahlungsdosen erhalten werden, und bei welchem ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis vorhanden ist.Ji) lower radiation doses are obtained, and at which has an improved signal-to-noise ratio.

Die Erfindung besteht darin, daß zwei Schattenbilder mit Hilfe codierender Aperturen erzeugt werden,The invention consists in that two shadow images are generated with the aid of coding apertures,

1-3 die in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, wonach die Schattenbilder anschließend derart rekonstruiert werden, daß nur das reelle Bild oder nur das virtuelle Bild einscheinen. Durch diese Maßnahme wird es möglich, nahezu alle negativen Einflüsse vollständig auszuschalten.1-3 that are in a fixed phase relationship to each other, after which the shadow images are then reconstructed in such a way that only the real image or only the virtual image shine through. By this measure it becomes possible to completely eliminate almost all negative influences.

Es ist vorteilhaft, wenn die codierenden Aperturen derart gewählt sind, daß die Autokorrelation einer aus ihnen gebildeten komplexen Apertur eine Deltafunktion ergibt.It is advantageous if the coding apertures are chosen in such a way that the autocorrelation is one off complex aperture formed for them results in a delta function.

4-3 Bei einer vorteilhaften Verwirklichung der Erfindung wird vorgesehen, daß als codierende Aperturen zwei Zonenplatten, vorzugsweise on-axis-Zonenplatten dienen, deren Transmissionen den Gleichungen / = V₂ (1 + sin (ar + 0)) und t₂ = V₂ (1 + cos (ar² + 0)) genügen. Mit Hilfe derartiger Zonenplatten mit sinusförmiger Transmission wird erreicht, daß nur das virtuelle und das reelle Bild entsteht. Um dann zu erreichen, daß bei der Rekonstruktion eine räumliche Trennung des reellen und des virtuellen Bildes erfolgt, wird vorgesehen, daß die als Schattenbilder erzeugten Zonenplatten gemäß der Gleichung t — exp (y Kl₂) I₂ + f, verknüpft werden. Ein derartiges Verfahren verbindet die Vorteile der on-axis-Zonenplatten mit den Vorteilen der off-axis-Zonenplatten, da bei der Verwendung von on-axis-Zonenplatten eine Trennung der Bilder erhalten wird.4-3 In an advantageous implementation of the invention it is provided that two zone plates, preferably on-axis zone plates, serve as coding apertures, the transmissions of which correspond to the equations / = V ₂ (1 + sin (ar + 0)) and t ₂ = V ₂ (1 + cos (ar ² + 0)) are sufficient. With the help of such zone plates with sinusoidal transmission it is achieved that only the virtual and the real image are created. In order to then achieve a spatial separation of the real and the virtual image during the reconstruction, it is provided that the zone plates generated as shadow images are linked according to the equation t -exp (y Kl ₂ ) I ₂ + f. Such a method combines the advantages of the on-axis zone plates with the advantages of the off-axis zone plates, since a separation of the images is obtained when using on-axis zone plates.

Um in weiterer Ausgestaltung der Erfindung noch vorzusehen, daß das ungebeugte Licht unterdrückt wird, wird vorgesehen, daß zwei weitere Zonenplatten als Schattenbilder abgebildet werden, deren Transmissionen den Gleichungen i₃ = V, (1 — sin (ar- + 0)) und J₄= V₂ (1 — cos (ar + 0)) genügen.
Dafür wird zweckmäßigerweise vorgesehen, daßIn order to provide in a further embodiment of the invention that the undiffracted light is suppressed, it is provided that two further zone plates are depicted as shadow images, the transmissions of which correspond to the equations i ₃ = V, (1 - sin (ar- + 0)) and J ₄ = V ₂ (1 - cos (ar + 0)) suffice.
For this purpose it is expediently provided that

die Verknüpfung der Zonenplatten ergebenden vier Schattenbilder nach der Gleichung ρ = exp (j ^πΙι) /,+ /,- exp (; π/₂) I₃ - f₄ erfolgt.the linkage of the zone plates resulting four shadow images according to the equation ρ = exp (j ^π Ιι) /, + /, - exp (; π / ₂ ) I ₃ - f ₄ takes place.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der anhand der Zeichnungen näher erläuterten Abbildungsschritte und den Unteransprüchen.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of the mapping steps explained in more detail with reference to the drawings and the subclaims.

Fig. 1 zeigt ein Abbildungssystem, bei welchem von einem Objekt mit Hilfe einer codierenden Apertur ein codiertes Schattenbild erzeugt wird,Fig. 1 shows an imaging system in which an object with the aid of a coding aperture a coded silhouette is generated,

Fig. 2 zrigt eine Darstellung eines Versuchsaufbaus für eine Decodierung mit kohärentem Licht,2 shows an illustration of an experimental setup for decoding with coherent light,

Fig. 3 zeigt die Decodierung eines von einer Lichtquelle erzeugten Schattenbildes einer ersten Zonenplatte einschließlich den Amplituden und Phasen der reellen und virtuellen Bilder,3 shows the decoding of a shadow image of a first zone plate generated by a light source including the amplitudes and phases of the real and virtual images,

Fig. 4 zeigt die Decodierung einer zweiten Amplitude einschließlich der Phasen und Amplituden der vhtuellen und reellen Bilder undFig. 4 shows the decoding of a second amplitude including the phases and amplitudes of the vhtuellen and real images and

Fig. 5 zeigt eine Überlagerung von F^g. 3 und 4.FIG. 5 shows an overlay of FIG. 3 and 4.

Das bei der Erfindung angewandte Abbildungsverfahren setzt sich aus zwei Abbildungsschritten zusammen. Mit einer Anordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wird von einem Objekt 1, das mit Gamma- oder Röntgenstrahlen abgebenden Material angereichert ist, mit Hilfe einer codierenden Apertur 2 ein codiertes Bild 3 erzeugt. Bei der dargestellten Anordnung ist als codierende Apertur 2 eine Zonenplatte eingesetzt. Da sich Gamma- oder Röntgenstrahlen nicht merklich beugen lassen, erzeugt jeder Punkt des Objektes 1 ein Schattenbild der Apertur 2, d. h. das codierte Bild besteht aus einer Vielzahl einander überlagerter Schattenbilder. Die Schattenbilder sind selbst wieder Zonenplatten, bei denen die Lage der Zentren ihre Größe in eindeutiger Weise mit der räumlichen Anordnung der einzelnen Punktquellen des Objektes korreliert sind.The imaging method used in the invention is composed of two imaging steps. With an arrangement as shown in Fig. 1, an object 1, which with gamma or X-ray emitting material is enriched, with the aid of a coding aperture 2 coded image 3 generated. In the arrangement shown, the coding aperture 2 is a zone plate used. Since gamma rays or x-rays do not bend noticeably, each point creates the Object 1 is a silhouette of the aperture 2, d. H. the coded picture consists of a multitude of one another layered silhouettes. The shadow images are themselves zone plates in which the position of the Centers their size in a clear way with the spatial arrangement of the individual point sources of the object are correlated.

Die Rekonstruktion des Objektes kann entsprechend Fig. 2 mit einem kohärent-optischen Versuchsaufbau durchgeführt werden. Im einfachsten Fall wird das verkleinerte Schattenbild 3 mit nur einer ebenen kohärenten Lichtquelle beleuchtet. Der Aufbau kann entsprechend Fig. 2 ausgebildet sein, wobei das Licht eines Lasers 4 mit einer Optik 5 auf das Schattenbild 3 gerichtet wird. Jede der als Schattenbild erzeugten Zonenplatten, die als Punkthologramme interpretiert werden können, erzeugt einen Bildpunkt in einer Bildebene, der ebenfalls durch die Lage der Zentren der Zonenplatten und durch ihre Größe bestimmt ist. Es besteht somit ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Objektpunkt und Bildpunkt. The reconstruction of the object can be carried out according to FIG. 2 with a coherent optical test setup be performed. In the simplest case, the reduced shadow image is 3 with only one planar coherent light source illuminated. The structure can be designed according to FIG. 2, wherein the light of a laser 4 with optics 5 is directed onto the silhouette 3. Each of the as a silhouette generated zone plates, which can be interpreted as point holograms, generates a Image point in an image plane, which is also determined by the position of the centers of the zone plates and by their Size is determined. There is thus a clear connection between the object point and the image point.

Bei der Rekonstruktion von Schattenbildern, die mit on-axis-Zonenplatten aufgenommen werden, überlagern sich - analog zur on-axis-Holographie das ungebeugte Licht und Beugungsbilder höherer Ordnung. Diese Störungen wirken sich vor allem bei ausgedehnten Objekten aus. Bereits vorgeschlagene Filteroperationen sind nur bedingt anwendbar, da durch sie gleichzeitig niederfrequente Anteile der Objektinformation ausgefiltert werden. Die höheren Beugungstherme lassen sich vermeiden, wenn anstelle einer binären on-axis-Zonenplatte eine sogenannte sinusförmige on-axis-Zonenplatte eingesetzt wird. Jedoch bewirkt bei einer derartigen Rekonstruktion immer noch das virtuelle Bild eine Störung, die sich vor allen Dingen bei ausgedehnten Objekten negativ auswirkt. When reconstructing shadow images recorded with on-axis zone plates, superimpose - analogous to on-axis holography, the undiffracted light and diffraction images of higher Order. These disturbances particularly affect large objects. Already proposed Filter operations can only be used to a limited extent, as they simultaneously result in low-frequency components of the object information be filtered out. The higher diffraction thermals can be avoided if instead a binary on-axis zone plate, a so-called sinusoidal on-axis zone plate is used. However With such a reconstruction, the virtual image still causes a disturbance that is in front of it has a negative effect on all things in the case of extended objects.

Um eine räumliche Trennung der einzelnen Beugungsbilder zu erhalten, ist es auch bekanntgeworden, als codierende Aperturen off-axis-Zonenplatten einzusetzen. Da bei einer derartigen off-axis-Zonen- ~> platte das Ortsfrequenzspektrum, das im wesentlichen die Übertragungseigenschaften bestimmt, nur in einem bestimmten Bereich von 0 verschieden ist, muß das Objektspektrum dorthin verschoben werden. Dies erfolgt durch ein bei der Schattenbilaaufnahme unmittelbar vor dem Objekt justiertes periodisches Liniengitter. Dadurch ergeben sich jedoch eine Reihe von Nachteilen gegenüber der Verwendung von onaxis-Zonenplatten. Zunächst ist zumindest die doppelte Belichtungszeit oder die doppelte StrahlendosisIn order to obtain a spatial separation of the individual diffraction images, it has also become known to use off-axis zone plates as coding apertures. Since in such an off-axis zone ~> plate, the spatial frequency spectrum which is substantially determines the transmission characteristics, only in a particular area different from 0, the object spectrum has to be moved there. This is done by means of a periodic line grid that is adjusted directly in front of the object during the shadow billowing image. However, this results in a number of disadvantages compared to the use of onaxis zone plates. First is at least twice the exposure time or twice the radiation dose

ι '· notwendig, da das Objekt mit dem Liniengitter abgedeckt ist. Dies bedeutet im medizinischen Anwendungsfall eine erhöhte Belastung des Patienten. Der Detektor muß bei diesem System bei einer vergleichbaren Ortsauflösung des Objektes eine um den Fak-ι '· necessary because the object is covered with the grid of lines is. In the medical application, this means an increased burden on the patient. Of the With this system, the detector must have a spatial resolution of the object

2n tor 3 höhere örtliche Auflösung besitzen, da das mit on-axis-Zonenplatten arbeitende System eine dreimal bessere Ortsauflösung aufweist. Im klinischen Anwendungsfall ergeben sich Geisterbilder, da das erforderliche Liniengitter nicht in unmittelbaren Kontakt mit dem Objekt gebracht werden kann. Das System liefert weiter ein ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis bei ausgedehnten Objekten im Vergleich zu konventionellen Abbildungsmethoden, beispielsweise mit der Anger-Kamera. Bei gegebener örtlicher Auflö-2n tor 3 have a higher spatial resolution, since that with System operating on-axis zone plates has a three times better spatial resolution. In clinical use ghosting results because the required line grid is not in direct contact can be brought with the object. The system also delivers an unfavorable signal-to-noise ratio in the case of extensive objects compared to conventional imaging methods, for example with the Anger camera. Given the local resolution

JO sung können nur energieärmere Gammastrahlen abgebildet werden.Only lower-energy gamma rays can be imaged will.

Um die Vorteile der beiden geschilderten Abbildungssysteme miteinander zu verbinden und deren Nachteile zu vermeiden, wird ein Verfahren vorgese-In order to combine the advantages of the two imaging systems described and their To avoid disadvantages, a procedure is provided

j) hen, bei welchem zwei Schattenbilder mit Hilfe von verschiedenen Aperturen erzeugt werden. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß eine Phasenverschiebung der Zonenplattenfunktion um π eine gleichgroße Phasenverschiebung des reellen Bildes,j) hen, in which two shadow images are generated with the help of different apertures. The invention is based on the knowledge that a phase shift of the zone plate function by π results in an equal phase shift of the real image,

ad aber eine entgegengesetzte Phasenverschiebung des virtuellen Bildes bewirkt. Dadurch läßt sich eine räumliche Trennung des reellen von dem virtuellen Bild auf bei der Verwendung von on-axis-Zonenplatten erhalten. In der Praxis bedeutet das, daß beispiels- ad, however, causes an opposite phase shift of the virtual image. As a result, a spatial separation of the real from the virtual image can be obtained when using on-axis zone plates. In practice this means that for example

4) weise die Apertur in Fig. 2, nachdem mit ihr ein Schattenbild 3 aufgenommen worden ist, gegen eine andere Apertur ausgetauscht wird, von der dann ein weiteres Schattenbild aufgenommen wird. Dabei werden bevorzugt on-axis-Zonenplatten eingesetzt, die in ihrer Größe und Abmessung einander entsprechen, deren Phasenfunktionen jedoch um JiY₂ verschoben sind. Die Transmission der beiden Schattenbilder läßt sich angeben mit /, = '/, (1 + sind (ar + 0)) und /₂= V₂ (1 + cos (ar + 0)). Ohne Einschränkung der Allgemeinheit kann 0=0 gesetzt werden. Werden die beiden Bilder in folgender Weise miteinander verknüpft / = exp (y Kl₁) t₂ + r,, so ergibt sich die resultierende Transmission 2f = 1 + exp (j πI₁) + exp (jar). Bei der Rekonstruktion dieser Transmission4) the aperture in FIG. 2, after a shadow image 3 has been recorded with it, is exchanged for another aperture, of which a further shadow image is then recorded. In this case, on-axis zone plates are preferably used which correspond to one another in terms of their size and dimensions, but whose phase functions are shifted _{by JiY 2.} The transmission of the two shadow images can be specified with /, = '/, (1 + are (ar + 0)) and / ₂ = V ₂ (1 + cos (ar + 0)). Without loss of generality, 0 = 0 can be set. If the two images are linked to one another in the following way / = exp (y Kl ₁ ) t ₂ + r ,, then the resulting transmission 2f = 1 + exp (j πI ₁ ) + exp (jar) results. In the reconstruction of this transmission

bo bewirkt der Term exp (jar) eine konvergente Kugelwelle, die ausgehend von einer Punktquelle einen reellen Bildpunkt erzeugt. Die virtuellen Bildteile heben sich auf.bo, the term exp (jar) causes a convergent spherical wave that, based on a point source, generates a real image point. The virtual parts of the image cancel each other out.

Das Decodieren der beiden Schattenbilder kann beispielsweise mit Hilfe einer kohärenten Operation durchgeführt werden. Eine derartige Verknüpfung ist am Beispiel der Abbildung eines Punktes in Fig. 3 bis 5 erklärt. Eine Zonennlaüc η;κ h (!er GleirhnnoThe two shadow images can be decoded, for example, with the aid of a coherent operation be performed. Such a link is shown in the example of the mapping of a point in FIG. 3 to 5 explained. A zone name η; κ h (! Er Gleirhnno

für /,. die kohärentem Licht ausgesetzt wird, erzeugt einen reellen Bildpunkt 6 und einen virtuellen Bildpunkt 7. Wird diese als Schattenbild vorliegende Zonenplatte mit einem periodischen, halbdurchlässigen Liniengitter kontaktteil, so treten zusätzliche reelle ' Beugune^büder « und 9 sowie virtuelle Beugungsbilde. 10 und 11 auf. Bei entsprechender Justierung des Liniengitters haben diese Bilder alle die gleiche Phasenlage. Wird nun das Liniengitter um einen bestimmten Betrag verschoben, so ruft diese Verschiebung in '" der Ebene der Beugungsbilder Phasendrehungen hervor. Dies wird für die Verknüpfungsmethode ausgenutzt. for /,. exposed to coherent light a real image point 6 and a virtual image point 7. This zone plate, which is present as a shadow image with a periodic, semitransparent line grid contact part, additional real ' Beugune ^ brothers «and 9 as well as virtual diffraction patterns. 10 and 11 on. If the line grid is adjusted accordingly, these images all have the same phase position. If the line grid is now shifted by a certain amount, this shift calls in '" phase rotations emerge in the plane of the diffraction images. This is used for the linking method.

Am Beispiel der Abbildung eines Punktes wird dies im nachstehenden näher erläutert. Die Punktquelle i"> erzeugt als Schattenbild wiederum tine Zonenplatte Da zwei Aufnahmen gemacht werden, erhält man z. B. eine Kosinuszonenplatte und eine Sinuszonenplatte entsprechend den Gleichungen i, und /₂, wenn die Phasenkonstante = 0 gesetzt ist. Wird das Schat- -¹" tenbild nach i, mit einem periodischen Liniengitter kontaktiert, so ergibt sich bei der Rekonstruktion mit ko'iärentem Licht eine Amplitudenverteilung entsprechend Fig. 3 mit der entsprechenden Phasenlage. Dar Schattenbild nach der Gleichung (₂ wird hingege- - > gen mit einem Liniengitter in Kontakt gebracht, das um V₄ Periodenlänge verschoben ist, d. h. mit einem sogenannten Sinusgitter, so daß sich in diesem Fall eine Amplitudenverteilung gemäß Fig. 4 ergibt. Werden diese beiden Bilder überlagert, wie dies in Fig. 5 i" gezeigt ist, so heben sich in der einen Beugungsordnung die Anteile des virtuellen Bildes auf, während sich die reellen Bilder addieren. Damit ist das virtuelle von dem reellen Biid getrennt.This is explained in more detail below using the example of the mapping of a point. The point source i "> again generates a tine zone plate as a shadow image. Since two recordings are made, one obtains, for example, a cosine zone plate and a sine zone plate according to equations i and / ₂ , if the phase constant = 0. ¹ "ten image according to i, contacted with a periodic line grating, an amplitude distribution corresponding to FIG. 3 with the corresponding phase position results in the reconstruction with coherent light. The shadow image according to equation ( ₂ , on the other hand, is brought into contact with a line grating which is _{shifted by V 4} period length, ie with a so-called sine grating, so that in this case an amplitude distribution according to FIG superimposed on both images, as shown in FIG. 5 i ", the components of the virtual image cancel each other out in one diffraction order, while the real images add up. The virtual image is thus separated from the real image.

Bei dem bisher geschilderten Verfahren wird in der J> Ebene des reellen Bildes unbedingt durch den Therm (1 -I- exp (/ ;r/₂)) ein konstanter Hintergrund überlagert. Soll auch dieser Gleichanteil beseitigt werden, so müssen vier Aufnahmen mit vier verschiedenen Zonenplatten erstellt werden. Dies bedeutet, daß zu ■> <> den beiden Aufnahmen mit Zonenplatten der bereits beschriebenen Transmissionen /, und t₂ Zonenplatten mit Transmissionen ; = V₂ (1 — sin (ar²)) und Γ, = V₂ (1 — cos (ar²)) eingesetzt werden. In beiden Fällen wurde die noch in den Gleichungen für r, und I₂ eingeführte Phasenkonstante 0=0 gesetzt. Die Abbildung einer Punktquelle erzeugt dann Schattenbilder, deren Transmission durch die Gleichungen I_x, I₂, r₃ und r₄ beschrieben sind. Diese Bilder müssen nun in folgender Weise miteinander verknüpft wer- so den: t = exp (J π/²) I₂ + t_x + exp (J π/₂) f_? — f₄, was zu t = exp (jar¹) führt. Diese Transmission rekonstruiert nur einen reellen Bildpunkt.In the method described so far, a constant background is superimposed in the J> plane of the real image by the Therm (1 -I- exp (/; r / _2)). If this constant component is also to be eliminated, four recordings must be made with four different zone plates. This means that for ■><> the two recordings with zone plates of the transmissions already described /, and t ₂ zone plates with transmissions; = V ₂ (1 - sin (ar ² )) and Γ, = V ₂ (1 - cos (ar ² )) can be used. In both cases the phase constant 0 = 0, which was also introduced in the equations for r 1 _{and I 2, was set.} The image of a point source then generates shadow images, the transmission of which is described by the equations I _x , I ₂ , r ₃ and r ₄ . These images must now be linked with one another in the following way: t = exp (J π / ² ) I ₂ + t _x + exp (J π / ₂ ) f _? - f ₄ , which leads to t = exp (jar ¹ ) . This transmission only reconstructs a real pixel.

Die Kompensation des Gleichanteils wird im Grunde genommen nur der Vollständigkeit wegen angegeben. In der Praxis werden die Qualitätsanforderungen schon durch das Zweibildverfahren erfüllt, bei welchem eine Trennung des virtuellen und des reellen Bildes erfolgt.The compensation of the constant component is basically only given for the sake of completeness. In practice, the quality requirements are already met by the two-screen process which is a separation of the virtual and the real image.

Die Verknüpfung der erzeugten Schattenbilder ω kann auch in anderer Weise durchgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, eine elektronische Verknüpfung unter Verwendung cii.es Kccimers vorzunehmen. Hier/u werden die beiden Schattenbilder nacheinander mit einer Fernsehkamera aufgenommen, in den Rechner eingegeben, mit den entsprechenden Gitterfunktionen multipliziert, addiert und über ein System wieder ausgegeben. Um dieses Bild mit kohärent optischen Methoden decodieren /u können, muß es entweder mit einem elektiokohärent optischen Windier eingekoppell oder vorn System abfotograficrt werden. Diese Art der Verknüpfung der oiicjer im Rechnerempliehlt sich vor allem auch dann, wenn der Detektorausgang, wie beispielsweise bei der bekannten Anger-Kamera, direkt mit dem Rechner verbunden ist. Bei entsprechender Ausstattung des Rechners kann der Decodierprozeß auch numerisch durchgeführt werden.The linking of the generated shadow images ω can also be carried out in a different way. For example, it is possible to make an electronic link using cii.es Kccimer. Here / u the two shadow images are recorded one after the other with a television camera, entered into the calculator, multiplied by the appropriate grid functions, added and output again via a system. In order to decode this image with coherent optical methods / u can, it must either be coupled with an electro-coherent optical Windier or photographed from the system will. This type of linkage of the oiicjer in the computer is particularly useful when when the detector output, such as the well-known Anger camera, is directly connected to the computer. If the The computer can also perform the decoding process numerically.

Es ist iucii möglich, die beiden erzeugten Schattenbilder elektronisch ohne Rechner auszuwerten. In diesem Fall werden die beiden Bilder gleichzeitig mit jeweils einer Fernsehkamera aufgenommen. Die Videosignale werden mit entsprechenden Sinusfunktionen multipliziert und dann addiert. Dieser Verarbeitungsprozeß kann mit TV-Frequenzen durchgeführt werden, so daß das resultierende Bild auf einem Monitor dargestellt werden kann. Die Aufbereitung für die kohärent optische Decodierung erfolgt wie zuvor beschrieben.It is iucii possible to use the two generated shadow images to evaluate electronically without a computer. In this case, the two images are using at the same time each recorded by a television camera. The video signals are generated with corresponding sine functions multiplied and then added. This processing can be done at TV frequencies so that the resulting image can be displayed on a monitor. The preparation for the coherent optical decoding takes place as described above.

Es ist auch möglich, die Verknüpfung und Rekonstruktion kohärent optisch durchzuführen. Hierbei werden die beiden Bilder in einen interferrometrischen Strahlengang der vorgeschriebenen Phasenbeziehung entsprechend überlagert. Dies bietet den Vorteil, daß die Überlagerung der Bilder und Decodierung mit einem Versuchsaufbau durchzuführen ist.It is also possible to carry out the linkage and reconstruction optically in a coherent manner. Here the two images are in an interferometric beam path with the prescribed phase relationship superimposed accordingly. This has the advantage that the superimposition of the images and decoding is to be carried out with an experimental setup.

Obwohl im vorstehenden das erfindungsgemäße Verfahren in der Anwendung für on-axis-Zonenplatten als codierende Aperturen beschrieben worden ist. ist es natürlich nicht darauf beschränkt. Es können als Aperturen Lochblenden mit statistisch verteilten Löchern eingesetzt werden. Diese Aperturen A₁ und A₂ erzeugen zwei Schattenbilder S₁ und S₂, die komplex wie folgt überlagert werden 5 = S₁ + ι ■ S₂ Dadurch läßt sich das resultierende Bild als Schattenbild der komplexen Apertur A = A₁ + i ■ A₂ interpretieren. Die allgemeine Forderung, die erfüllt werden muß, besteht darin, daß A_x und A-, dann so zn wählen sind, daß die Autokorrelation von A eine Deltafunktion ergibt. Diese Forderung wird durch Zonenplatten erfüllt, bei der die Aperturen nach der Gleichungen /I₁ = sin (ar + 0) und A₂ = sin (ar + 0 + Ki₂) gewählt sind, wobei 0 einen beliebiger Wert besitzen kann.Although the method according to the invention has been described above as being used for on-axis zone plates as coding apertures. it is of course not limited to that. Pinhole diaphragms with statistically distributed holes can be used as apertures. These apertures A ₁ and A ₂ generate two shadow images S ₁ and S ₂ , which are superimposed in a complex manner as follows: 5 = S ₁ + ι ■ S ₂ As a result, the resulting image can be used as a shadow image of the complex aperture A = A ₁ + i ■ A ₂ interpret. The general requirement that must be met is that A _x and A-, then zn are chosen so that the autocorrelation of A results in a delta function. This requirement is met by zone plates in which the apertures are selected according to the equations / I ₁ = sin (ar + 0) and A ₂ = sin (ar + 0 + Ki ₂ ) , where 0 can have any value.

In Fig. 1 ist das Aufnahmesystem dargestellt, bei welchem das Objekt mit Strahlungsmaterial angereichert ist. Das gleiche Aufnahmesystem läßt sich jedoch auch anwenden, wenn das Objekt durchstrahl! werden soll. In diesem Fall müßte vorgesehen werden, daß das zu durchstrahlende Objekt hinter der Apertur 2 angeordnet wird, so daß dann das erzeugte Schattenbild 3 bzw. die beiden Schattenbilder das Objekt in codierter Form enthalten. Prinzipielle Unterschiede in der Abbildungstechnik bestehen nichtIn Fig. 1 the recording system is shown in which the object is enriched with radiation material is. The same recording system can, however, also be used if the object shines through! shall be. In this case it should be provided that the object to be irradiated is arranged behind the aperture 2, so that then the generated Shadow image 3 or the two shadow images contain the object in coded form. Principal differences do not exist in the imaging technique

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Erstellen 3-dimensionaler Bilder von mit Röntgen- oder Gammastrahlen strahlenden oder durchleuchteten Objekten, bei welchem mit Hilfe codierender Aperturen Schattenbilder erzeugt werden, aus denen danach mit optischen und/elektronischen Schritten Objektbilder rekonstruiert werden, dadurch gekennzeicl net, daß zwei Schattenbilder mit Hilfe zweier codierender Aperturen erzeugt werden, die in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, wonach die Schattenbilder mit Phasenverschiebungen derart rekonstruiert werden, daß nach einer Überlagerung nur das reelle Bild oder nur das virtuelle Bild erscheint.1. Method for creating 3-dimensional images using X-rays or gamma rays Radiant or backlit objects, in which, with the help of coding apertures, shadow images are generated, from which object images are then made using optical and / electronic steps can be reconstructed, characterized in that two shadow images with the help two coding apertures are generated that are in a fixed phase relationship to one another, after which the shadow images are reconstructed with phase shifts such that after an overlay, only the real image or only the virtual image appears. 2. Verfehren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die codierenden Aperturen (A₁, A₂) derart gewählt sind, daß die Autokorrelation einer aus ihnen gebildeten komplexen Apertur (A = A₁ + i- A₂) eine Deltafunktion ergibt.2. Verfehren according to claim 1, characterized in that the coding apertures (A ₁ , A ₂ ) are chosen such that the autocorrelation of a complex aperture formed from them (A = A ₁ + i- A ₂ ) results in a delta function. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als codierende Aperturen zwei Zonenplatten, vorzugsweise on-axis-Zonenplatten, dienen, deren Transmissionen den Gleichungen f, = V₂ (1 + sin (ar² + 0)) und I₂ = V₂ (1 + cos (ar² + 0)) genügen.3. The method according to claim 2, characterized in that two zone plates, preferably on-axis zone plates, serve as coding apertures, the transmissions of which correspond to the equations f, = V ₂ (1 + sin (ar ² + 0)) and I ₂ = V ₂ (1 + cos (ar ² + 0)) suffice. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schattenbilder erhaltenen Zonenplatten gemäß der Gleichung t = exp (;' πΙ₂) t₂ + r, verknüpft werden.4. The method according to claim 3, characterized in that the zone plates obtained as shadow images according to the equation t = exp (; ' _{πΙ 2} ) t ₂ + r, are linked. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Zonenplatten als Schattenbilder abgebildet werden, deren Transmissionen den Gleichungen t₃ = V₂ (I — sin (ar² + 0)) und <4 = V₂ (1 - cos (ar + 0)) genügen.5. The method according to claim 3, characterized in that two further zone plates are shown as shadow images, the transmissions of which correspond to the equations t ₃ = V ₂ (I - sin (ar ² + 0)) and <4 = V ₂ (1 - cos ( ar + 0)) are sufficient. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung der Zonenplatten ergebenden vier Schattenbilder nach der Gleichung t = exp (j πΙ₂) t₂ + r, — exp (/' πΙ₂) Z₃ - f₄ erfolgt.6. The method according to claim 5, characterized in that the linking of the zone plates resulting four shadow images according to the equation t = exp (j πΙ ₂ ) t ₂ + r, - exp (/ ' πΙ ₂ ) Z ₃ - f ₄ takes place.