DE1291137B - Vorrichtung zur Abbildung der von einem Objekt emittierten Strahlung in einer Ebene - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sogar Mikrosekunden je nach Höhe der für die gezur Abbildung der von einem Objekt emittierten plante Anwendung zulässigen statistischen Fehler her-Strahlung in einer Ebene gemäß einer vorher festge- abzusetzen. Sie führt damit zu einer Erhöhung der legten Stufenfolge mit Nachweismitteln, die ein von Wiedergabetreue der Kartographie und ermöglicht der nachgewiesenen Strahlungsintensität abhängiges 5 eine genauere Lokalisierung festgestellter pathologi-Signal liefern, Mitteln zur Veranlassung einer syn- scher Anomalien.

chronisierten relativen Verschiebung der Nachweis- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

mittel gegenüber dem Objekt einerseits und anderer- eine Lichtblitzlampe, die das Bild erzeugt; eine seits des »Lichtbildes« bzw. Bildpunktes gegenüber Scheibe, die eine Mehrzahl von unterschiedlichen dem Schirm. io Farbfiltern trägt, welche nacheinander während der

Eine Vorrichtung dieser Art dient insbesondere Rotation der Scheibe in den Strahlengang zwischen zur Erforschung bzw. Sichtbarmachung.der lokalen Blitzquelle und Bildpunkt eingebracht werden; einen Verteilung einer von einem Objekt ausgesandten Motor zum Antrieb der Scheibe zu einer Rotation mit Infrarotstrahlung oder zur Untersuchung der Ver- einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit teilung oder Anreicherung eines radioaktiven Tracers 15 und Synchronisierungsmittel zur Erzielung einer in einem Phantom. Ein sehr interessantes Anwen- Koinzidenz zwischen der Ausstrahlung eines Lichtdungsgebiet für eine solche Vorrichtung ist die medi- blitzes und dem Durchgang eines der Filter zwischen zinische Diagnostik, die durch die derart erzielbare Blitzquelle und Bildpunkt, das abhängig von der leicht zu interpretierende Abbildung der lokalen nachgewiesenen Strahlungsintensität durch von den Schwankungen der Fixierung eines radioaktiven ao Nachweismitteln gesteuerte Selektionsmittel ausge-Tracers unterstützt bzw. bereichert wird. Eine solche wählt wird.

Abbildung wird üblicherweise als »Kartographie« Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der Eröder mit dem englischen Ausdruck »scanning« be- findung umfassen die Selektionsmittel eine Mehrzahl zeichnet. von fotoelektrischen Zellen, deren räumliche Anord-

Für die Aufnahme solcher Farbkartographien wer- 25 nung derjenigen der Filter auf der Scheibe entspricht; den bisher Vorrichtungen verwendet, wie sie auf den weiter eine Schaltung oder Verbindung zum AnSeiten 111 bis 131 im Kapitel 5 des Buches »AREA legen einer Spannung an die in Abhängigkeit von Scanning« beschrieben sind und die Detektoren auf- ^ der nachgewiesenen Strahlungsintensität ausgewählte weisen, die ein von der. nachgewiesenen Strahlung fötoelektrische Zelle und mit der Scheibe synchroniabhängiges Signal liefern, sowie Mittel, um auf einem 30 sierte Mittel zum Abtasten der fotoelektrischen Zellen Schirm ein »Lichtbild« zu erzeugen, dessen Farbe mit einem Lichtstrahl; die Koinzidenz zwischen angevom Intensitätsbereich der nachgewiesenen Strah- legter Spannung und Auftreffen des Lichtstrahls bei lung abhängt, und schließlich Mittel zur Veranlas- einer der Zellen steuert dann die Emission des Lichtsung einer synchronisierten relativen Verschiebung Witzes bzw. löst diesen aus.

der Detektoren gegenüber dem Phantom einerseits 35 Die Auswahl der unter Spannung zu setzenden und andererseits des »Lichtbildes« gegenüber dem fotoelektrischen Zelle kann beispielsweise mittels Schirm. eines Meßgerätes erreicht werden, wie mittels eines

Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden die gegenüber der von den Nachweismitteln gelieferten von einem Szintillationsdetektor gelieferten Impulse Gleich- bzw. Ausgangsspannung empfindlichen Galan einen Integrator weitergegeben, an den ein GaI- 40 vanometers. In diesem Fall kann die durch das Farbvanometer angepaßt ist. Die Nadel bzw. der Zeiger Wechselsystem bedingte Zeitkonstante dank der erdes für die Ausgangsspannung'oder den Ausgang findungsgemäßen Vorrichtung Werte von einigen des Integrators empfindlichen Galvanometers trägt Millisekunden oder einigen 10 Millisekunden beeine in verschiedene Farbsektoren unterteilte reflek- tragen, und es bereitet keine Schwierigkeit, die die tierende Skalenscheibe bzw. Skala, die durch einen 45 Farbfilter tragende Scheibe mit einer genügenden ortsfesten Lichtstrahl in einem Punkt beleuchtet wird. Geschwindigkeit beispielsweise 1500 bis 3000 U/min Während des Zeigeranschlages ändert sich damit rotieren zu lassen, so daß diese praktisch keine Verlaufend die Farbe dieses Punktes, der in gleichmäßi- zögerung verursacht. Diesen günstigen Werten stehen gen Zeitabständen fotografisch aufgenommen wird. die Zeitkonstanten von mehreren Sekunden der be-Die Farbe dieses Punktes ist also eine Funktion der 50 kannten Vorrichtungen zur Aufnahme von Farb-Frequenz der vom Detektor gelieferten Impulse. kartographien gegenüber.

Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie Bei anderen Ausführungsarten der erfindungsge-

eine große Trägheit hinsichtlich des Überganges von mäßen Vorrichtung kann die Farbselektion direkt einer Farbe zur anderen besitzen; die für diesen durch einen Zähler in Abhängigkeit von der Frequenz Übergang erforderliche Zeit beträgt üblicherweise 55 der durch einen passenden Detektor gelieferten Immehrere Sekunden, vor allem, wenn es sich um zwei pulse ausgeführt bzw. erreicht werden. Die Zeitkonan den jeweiligen Enden der reflektierenden Skala stante für den Farbwechsel kann dann auf einige befindliche Farben handelt. Durch die im wesent- Mikrosekunden herabgesetzt werden,
liehen durch die Trägheit des Farbwechselsystems Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen

bedingte hohe Zeitkonstante dieser Vorrichtungen 60 Vorrichtung besteht darin, daß es möglich ist, die wird die Zahl der Messungen pro Oberflächeneinheit Teilung der Strahlungsintensitäten in Bereiche, denen begrenzt, die ausführbar sind, ohne daß die Gesamt- unterschiedliche Farben zugeordnet sind, veränderzeit für das Abtasten des Phantoms mit dem Detektor lieh zu gestalten und beispielsweise nichtlineare Teiiibermäßig erhöht wird. hingen einzuführen, um den Kontrast in den Intensi-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei 65 tätsbereichen, die als besonders interessant angesehen Vorrichtungen der eingangs genannten Art die Zeit werden, zu erhöhen. Zu demselben Zweck ist es des Überganges von einer Färbe zu anderen auf ebenfalls möglich, die Ordnung der Farben rasch und Werte in der Größenordnung von Millisekunden oder leicht zu verändern oder bestimmte Farben fortzulas-

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sen, indem man Filter auswechselt oder durch licht- das durch einen Deckel 12 lichtdicht abgeschlossen

undurchlässige Scheiben ersetzt. wird. Im Innern dieses Gehäuses 11 ist die strobo-

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand skopische Lampe 5 in einer Abteilung 14 angeordnet, an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es die mit einem oberen Fenster 15 versehen ist. Oberzeigt 5 halb dieses Fensters hat das Gehäuse 11 eine durch

F i g. 1 ein Schema für eine erfindungsgemäße Vor- eine mattierte Plexiglasscheibe 16 verschlossene Öff-

richtung, nung, auf die die optische Vorrichtung für die foto-

F i g. 2 das dabei angewandte Farbselektionssystem grafische Aufnahme fokussiert ist. Diese Platte 16

und dient dazu, eine gleichmäßige Helligkeit des erzielten

Fig. 3 eine weitere Ausführungsart der Vorrich- io Bildes sicherzustellen,

tung. Die gefärbten Filter, wie 17, schieben sich zwischen

Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung wird das Fenster 15 und die Scheibe 16. Sie sind gleich-

insbesondere für die Aufnahme von Kartographien mäßig um die Rotationsachse 18 auf der Scheibe 10

für die Konzentrationsänderungen eines radioaktiven verteilt.

Tracers in einem Phantom verwendet. Der Detektor 1 15 Das Gehäuse 11 enthält seitlich von der Lampe 5

ist ein Szintillationszähler, der beispielsweise durch eine zylindrische Stütze 20, auf der eine Platte 21

einen mit Thallium aktivierten Natriumjodidkristall ruht, die den Motor 22 zum Antrieb der Scheibe 10,

mit zugehörigem Fotomultiplier gebildet wird. Die die Fotodioden 7 und die gedruckten Schaltungen 24

Frequenz der von diesem Detektor gelieferten Im- trägt. Die Fotodioden 7, deren Zahl gleich derjenigen

pulse ist eine Funktion der Intensität der auftreffen- 20 der Filter 17 ist, sind ebenfalls in gleichem Abstand

den Gammastrahlung. von der Achse 18 um den Motor 22 verteilt.

Der Detektor 1 ist in eine Vorrichtung eingebaut, Die Scheibe 10 hat eine Öffnung 23, die im Ver-

die zwei zueinander senkrechte Translationsbewegun- lauf der Rotation nacheinander den einzelnen unter

gen ausführen kann, in der Weise, daß eine vollstän- der Scheibe angeordneten Fotodioden 7 gegenüber-

dige Abtastung der zu untersuchenden Oberfläche 25 steht. Eine Aussparung 25 ist aus der Scheibe an einer

bzw. Fläche des Strahlungsfeldes mit einheitlicher zur öffnung 23, bezogen auf die Achse 18, symme-

Geschwindigkeit gewährleistet wird. irischen Stelle zur Auswuchtung der Scheibe ausge-

Die Impulse werden an einen Integrator 2 weiter- arbeitet. Das von einer im Gehäuse 11 befestigten gegeben, der eine zur empfangenen Impulszahl pro- Glühlampe oder Lichtquelle 26 kontinuierlich ausgeportionale Gleichspannung oder Ausgangsspannung 30 sandte Licht wird durch einen Reflektor 27 auf die liefert. Wenn diese Spannung einen bestimmten Wert Oberfläche der Scheibe 10 gerichtet. Auf diese Weise erreicht, löst der Integrator 2 über ein Synchronisa- wird auch die Öffnung 23 unabhängig von ihrer Wintionssystem 3, auf das im nachfolgenden näher ein- kelstellung von Licht getroffen, derart, daß die Fotogegangen wird, und ein Steuer- bzw. Betätigungs- zellen 7 synchron zur Bewegung der Scheibe 10 konorgan 4 die Emission eines Lichtblitzes durch die 35 tinuierlich durch einen Lichtstrahl abgetastet werden, stroboskopische Lampe 5 aus. wobei jedoch die vom Lichtstrahl nicht getroffenen

Der Integrator 2 steuert andererseits die Färb- Zellen im Dunkeln bleiben, was durch die Abdich-

selektionsvorrichtung 6 durch Anregung einer der tung der sich gegenüberstehenden Flächen der

Fotodioden 7 je nach dem Bereich, in den die Fre- Scheibe 10 und der Platte 21 gegen Lichteinfall ge-

quenz der von ihm empfangenen Impulse fällt. Wie 40 währleistet wird.

weiter unten beschrieben ist, wird der Strom, der Der durch eine unter Spannung gesetzte Fotödurch die unter Spannung gesetzte Fotodiode fließt, diode 7 fließende Strom, wenn sie durch diesen Lichtwenn sie vom Lichtstrahl getroffen wird, in dem strahl getroffen wird, ermöglicht die Anzeige des Synchronisationssystem 3 nach vorangehender Ver- Durchganges eines bestimmten Filters 17 vor' der Stärkung durch den Verstärker 8 dazu verwendet, die 45 stroboskopischen Lampe 5.

Emission des Lichtblitzes mit dem Durchgang eines Die Selektionsvorrichtung 6, durch welche die

bestimmten Farbfilters vor der stroboskopischen Fotodioden gesteuert werden, wird beispielsweise

Lampe 5 zeitlich zusammenfallen zu lassen. durch ein für die Ausgangsspannung eines Integra-

Eine nicht gezeigte optische Einrichtung erzeugt tors 2 empfindliches Galvanometer gebildet, dessen

ein geeignetes Bild des so gefärbten Blitzes, das 50 Skala durch Kontakte ersetzt ist, die von einem fest

einen passend ausgewählten fotografischen Film mit dem Zeiger bzw. der Nadel verbundenen Schleif-

»schwärzt«. Ein ebenfalls in den Figuren nicht ge- kontakt bzw. Stromabnehmer überstrichen werden,

zeigter Mechanismus bewirkt die relative Verschie- Diese Kontakte sind jeweils mit einer Fotodiode 7

bung des Bildpunktes zum Film in der Weise, daß für ihre Versorgung verbunden. Die relativen Ab-

ein Überstreichen desselben mit dem Abtasten der 55 messungen der Kontakte bestimmen damit die Farb-

durch den Detektor 1 untersuchten Oberfläche bzw. unterteilung der nachzuweisenden Strahlungsintensi-

Fläche des Strahlungsfeldes synchronisiert wird. täten. Im allgemeinen Fall wird diese Unterteilung

Jeder der Fotodioden 7 ist ein bestimmtes Filter linear gewählt, und die einzelnen den verschiedenen

zugeordnet mit einer willkürlich zur Charakterisie- Kontakten entsprechenden Intensitätsintervalle sind

rung des der jeweiligen Fotodiode entsprechenden 60 gleich.

Frequenzbereiches der Impulse gewählten Farbe. Man kann jedoch ebenso auch andere Skalen ver-

Gemäß der Erfindung werden die verschiedenen wenden mit Kontakten veränderlicher Abmessungefärbten Filter durch eine Scheibe gehalten, die mit gen, um Änderungen der Strahlungsintensität in spegroßer Geschwindigkeit rotiert (1500 bis 3000 U/min), ziellen Aktivitäts- bzw. Intensitätsintervallen oder um die einzelnen Filter nacheinander vor der strobo- 65 -bereichen besonders hervorzuheben,
skopischen Lampe passieren zu lassen. Diese Scheibe Die in der F i g. 1 veranschaulichte Schaltung er-10, die Fotodioden 7 und die stroboskopische Lampe 5 möglicht einen Betrieb der in Fig. 2 dargestellten sind in einem Gehäuse 11 (Fig. 2) untergebracht, Vorrichtung auf zweierlei Weise:

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Beiden Betriebsweisen ist gemeinsam, daß die Aus-Waides jeweils? für, die Betrachtung bzw. Aufzeichnung eines von der. Stroboskoplampe 5 gelieferten Lichtblitzes, durch die Beobachtungsoptik bzw. die fotografische Kamera wirksamen Farbfilters mit Hilfe des durch den Detektor 1 mit Impulsen gespeisten Integrators 2 erfolgt, der an die Farbselektionsvorrichtung 6 eine Gleichspannung liefert, die jeweils eine der Dioden .7 wirksam werden läßt, die dann ihrerseits die Auswahl eines bestimmten Farbfilters auslöst. Für die Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem ein Lichtblitz von der Stroboskoplampe geliefert wird,: gibt es jedoch zwei verschiedene Methoden.

Dieser Zeitpunkt kann entweder bei der in F i g. 1 veranschaulichten Stellung des Umschalters 28 ebenfalls von dem Integrator 2 bestimmt werden, woraus sich eine Blitzfolge ergibt, deren Folgefrequenz parallel zu der Folgefrequenz der von dem Detektor 1 gelieferten Impulse verläuft. Bei dieser Betriebsweise kommt es also zu einer doppelten Anzeige der von der fotografischen Kamera aufgezeichneten Intensität der durck den Detektor ermittelten Strahlung. Eine bestimmte ,Strahlung führt nämlich zu einer bestimmten Folgefrequenz; der von dem Detektor 1 abgegebenen und von dem,Integrator 2 aufgenommenen Impulse,. was _v einerseits eine bestimmte Frequenz der Blitzfolge und andererseits die Auswahl eines ganz bestimmten Farbfilters zur Folge hat, das für alle . Blitze dieser Blitzfolge wirksam wird. Eine hohe =nachgewiesene Strahlungsintensität äußert sich also außer in einer dieser Intensität jeweils zugeordneten bestimmten. Farbe .auchin einer Häufung der einzelnen LichtbUtzen. .entsprechenden Aufzeichnungspunkteauf dem·Registrierpapier in der Kamera.

.Bei der, zweiten Betriebsmethode wird die Folge der, von der Stroboskoplampe S abgegebenen Lichtblitze durch einen äußeren Taktgeber bestimmt,, wozu der Umschalter 28 in seine zweite in Fig. 1 sichtbare Stellung gelegt werden muß. In diesem Falle bestimmt der Integrator 2 allein die Auswahl des jeweils für 4P die Aufzeichnung eines von der Stroboskoplampe abgegebenen Lichtblitzes wirksamen Filters über die Farbselektionseinrichtung 6 bzw. deren Fotodioden 7; der Zeitpunkt, zu dem ein Lichtblitz von der Stroboskoplampe abgegeben wird, wird dagegen allein durch den äußeren Taktgeber bestimmt, der unmittelbar auf das Synchronisationssystem 3 einwirkt und zu jeweils vorgegebenen Zeitpunkten die Auslösung eines Lichtblitzes an der Stroboskoplampe 5 hervorruft. In diesem Falle kommt es auf dem Registrierpapier in der Aufzeichnungskamera zu einer gleichmäßigen Verteilung der aufgezeichneten Farbpunkte; die Intensität der von dem Detektor 1 ermittelten Strahlung äußert sich dann also nur durch die Farbe der einzelnen Punkte, die durch das ausgewählte Farbfilter und damit durch den Integrator 2 bestimmt wird.

Bei der durch F i g. 3 veranschaulichten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ebenfalls die in F i g. 2 gezeigte Anordnung mit der die Färbfilter 17 tragenden Scheibe 10, den Fotodioden 7 und der stroboskopischen Lampe 5 verwendet. Sie unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen Ausfuhrungsart dadurch, daß die Auswahl der unter Spannung zu setzenden Fotodiode durch einen Zähler erreicht wird, und zwar unmittelbar in Abhängigkeit von der durch den Detektor 1 gelieferten Impulsfrequenz.

Der Detektor 1 ist in diesem Fall mit einem Frequenzteiler 30 verbunden, dessen Teilungsgesetz zur Einstellung der Empfindlichkeit der Farbwechselvorrichtung variiert werden kann. Die Ausgangsimpulse dieses Frequenzteiles 30 werden an ein geeignet codiertes Zählgerät 31 übertragen, das im beschriebenen Fall durch einen Zähler mit Untersetzer-Ringschaltung gebildet wird.

Ebenso wie im ersten beschriebenen Beispiel wird der Strom, der durch die unter Spannung gesetzte Fotodiode fließt, wenn sie von dem durch die Öffnung 23 einfallenden Lichtstrahl getroffen wird, durch den Verstärker 32 verstärkt und dann an ein Steuersystem 33 für die stroboskopische Lampe 5 übertragen, wodurch der von ihr abgegebene Lichtblitz mit dem Durchgang des der Fotodiode zugeordneten Filters vor der Lampe 5 synchronisiert wird. Hier kann wiederum der Auslöserhythmus für die Lichtblitze regelmäßig oder eine Funktion der Impulszählrate sein.

Schließlich ermöglicht ein Umschalter 34 die Änderung der gewählten Gesetzmäßigkeit für die Unterteilung der Strahlungsintensitäten in Bereiche, "denen verschiedene Farben zugeordnet sind.

Um insbesondere Fixierungslücken oder -anomalien eines radioaktiven Tracers hervorzuheben, kann man eine Intensitätsunterteilung nach Gliedern einer geometrischen Reihe wählen. Eine gegenüber dieser geometrischen Abstufung inverse Variation ermöglicht die Eliminierung oder Abschwächung der regulären oder Eigenbewegung bzw. -verteilung und der schwachen Zählraten.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 3 ermöglicht die Registrierung einer stark erhöhten Informationszahl auf dem fotografischen Film pro Oberflächeneinheit, da die Zeitkonstanten für den Farbwechsel auf Werte in der Größenordnung von einigen Mikrosekunden herabgesetzt sind.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abbildung der von einem Objekt emittierten Strahlung in einer Ebene in verschiedenen Farben für unterschiedliche Strahlungsintensitäten gemäß einer vorher festgelegten Zuordnung mit Nachweismitteln, die ein von der nachgewiesenen Strahlungsintensität abhängiges Signal liefern, Mitteln zur Veranlassung einer synchronisierten Verschiebung der Nachweismittel gegenüber dem Objekt einerseits und andererseits des Bildpunktes gegenüber dem Schirm, gekennzeichnet durch eine Lichtblitzlampe, eine Scheibe (10), die eine Mehrzahl von unterschiedlichen Farbfiltern (17) trägt, die bei der Rotation der Scheibe nacheinander in den Strahlengang zwischen Blitzlampe (5) und Bildpunkt eingeschoben werden; einen Motor (22) zum Antreiben der Scheibe zu einer Rotation mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit und Synchronisationsmittel (3), um die Emission eines Lichtblitzes mit dem Durchgang desjenigen Filters (17) zwischen der Lichtquelle (5) und dem Bildpunkt koinzidieren zu lassen, das durch die von den Nachweismitteln (1) gesteuerten Selektionsmittel (6) in Abhängigkeit von der nachgewiesenen Strahlungsintensität ausgewählt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsmittel eine Mehr-

zahl von fotoelektrischen Zellen (7) umfassen, deren Anordnung derjenigen der Filter (17) auf der Scheibe (10) entspricht; sowie eine Schaltung bzw. Verbindung, um die in Abhängigkeit von der nachgewiesenen Strahlungsintensität ausgewählte fotoelektnsche Zelle unter Spannung zu setzen; und mit der Scheibe (10) abgestimmte Mittel (23, 26) zum Abtasten der fotoelektrischen Zellen (7) durch einen Lichtstrahl, wobei die Koinzidenz zwischen angelegter Spannung und Auftreflen des Lichtstrahles bei einer Zelle zur Steuerung bzw. Auslösung der Emission des Lichtblitzes dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abtasten ein mit der Scheibe fest verbundenes Organ umfassen, das für das aufeinanderfolgende Auftreffen

des von einer festen Lichtquelle (26) gelieferter* Lichtes auf die einzelnen Zellen während der Rotation der Scheibe sorgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweismittel einen Szintillationsdetektor (1) und einen Integrator (2) für die vom Detektor gelieferten Impulse umfassen, welche die Emission von Lichtblitzen durch die Lichtquelle (5) über Synchronisationsmittel (3) steuern.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweismittel einen Szintillationsdetektor umfassen und ein Zählsystem, welches das Anlegen von Spannung an eine in Abhängigkeit von der Zählrate ausgewählte fotoelektnsche Zelle steuert-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909512/1218