DE2053391B2 - Verfahren und anordnung zur erzeugung von schichtbildern mit hilfe der holographischen tomopraphie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Schichtbildern mit Hilfe der holographischen Tomographie, bei dem die mit Röntgenstrahlung aufgenommenen Einzelbilder unterschiedlicher Perspektive ihrerseits in Teilhologrammen holographisch aufgezeichnet werden, wobei die Teilhologramme auf einer feststehenden Aufzeichnungsfläche räumlich getrennt entlang einer Kurve, wie sie die Röntgenquelle bei der Herstellung der Einzelbilder beschrieben hat, mit optischer Strahlung erzeugt werden, und bei dem ein Wiedergabestrahl so auf die Teilhologramme gerichtet wird, daß sich die von den Teilhologrammen rekonstruierten reellen Bilder auf einer Empfängerfläche überlagern.

Das Verfahren der holographischen Tomographie isi bekannt (G. G r ο h , M. K ο c k : 3-D Display of X-Ray !mages by Means of Holography; Applied Optics 9 [1970] 775). Bei diesem inzwischen bewährten Verfahren treten bei der praktischen Anwendung eine Reihe von Schwierigkeiten auf.

Es ist z. B. in manchen Fällen zweckmäßig, die Teilhologramme, die die Einzelbilder unterschiedlicher Perspektive enthalten, entlang komplizierter Kurven in einer Ebene anzuordnen, die den Bahnen der Röntgenquelle bei der Herstellung der Einzelbilder entsprechen. Dadurch wird vermieden (siehe z. B. F. B u c h m a η η : Nachbarschichten und Verwischung bei der Tomographie, Röntgenstrahlen [1967] Heft 16, S. 20), daß Objektteile aus anderen Tiefen infolge von Scheinauflösung scharf abgebildet werden. Nach der bisher bekannten Methode würde man bei der Rekonstruktion das Hologramm durch eine Blende, die nur die gewünschten Teilhologramme freigibt, mit der konjugiert komplexen Referenzwelle als Witdergabewelle beleuchten. Von Nachteil ist dabei, daß dadurch in der Regel der weitaus größte Teil des Lichtes verlorengeht und man nur sehr lichtschwache Bilder rekonstruiert erhält.

Eine weitere Schwierigkeit tritt auf, wenn man die Zahl der Einzelbilder, die das Objekt aus unterschiedlicher Perspektive zeigen, und damit die Zahl der Teilhologramme stark beschränkt, um etwa bei Röntgenaufnahmen die Strahlenbelastung des Patienten herabzusetzen. Dann wird die effektive Gesamtapertur des Hologramms so klein, daß das rekonstruierte Bild von einer starken Granulation durchzogen ist, die eine Auswertung unter Umständen unmöglich macht.

Daher sind die aus der Optik bekannten Verfahren der Granulationsbeseitigung, die auf der inkohärenten Überlagerung vieler Bilder von Einzelhologrammen und deren Übereinanderkopieren beruhen, nicht ohne weiteres bei der holographischen Tomographie mit Kurvenführung der Röntgenquelle einzusetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ohne Verlust an Bildhelligkeit die Granulation im Bild unbeschadet der Kurvenführung der Röntgenquelle vermindert

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Wiedergabestrahl mit Hilfe eines Lichtablenkers die Teilholograinme entlang der oben genannten Kurve zeitlich aufeinanderfolgend beleuchtet.

Man kann so die gesamte Ausgangsleistung des verwendeten Lasers für die Rekonstruktion ausnutzen. Lenkt man dabei den Laserstrahl schneller ab, als dem zeitlichen Auflösungsvermögen des Auges entspricht, so entsteht bezüglich der Tiefe des reeilen BiJes für den Betrachter der gleiche Eindruck wie bei den bisher bekannten Verfahren. Da sich jetzt jedoch die Einzelbilder inkohärent überlagern, die mit ihnen verknüpfte Granulation aber von Bild zu Bild verschieden ist, wird die resultierende Granulation infolge Mittelwertbildung mit wachsender Anzahl von Teilhologramme:.-, immer geringer. In Anlehnung an das bekannte Verfahren von Martienssen und S ρ i 11 e r (Holographie Reconstruction without Granulation; Puys. Letters 24A [1967] 126) könnte man diesen Effekt noch vergrößern, >o indem man bei der Aufnahme der Teilhologramme nicht nur die Einzelbilder austauscht, sondern auch die Mattscheibe verändert, durch die die Einzelbilder beleuchtet werden.

Nach der vorliegenden Erfindung kann man das Verfahren der holographischen Tomographie auch in einem anderen Punkt verbessern. Dazu wird der Wiedergabestrahl so langsam abgelenkt, daß das Auge der durch das ständige Wechseln der rekonstruierten Einzelbilder aus verschiedenen Perspektiven bewirkten Bewegung gerade noch zu folgen vermag, die sehr viel feinere Struktur der Granulation aber schon verwischt. Dann ergibt sich für den Betrachter ein weiteres Kriterium bei der Bestimmung der Teife eines Objcktdetails. Während er bei dem bisher bekannten Verfahren die ν Position schärfster Abbildung suchen mußte, kann er jetzt seine Empfängerfläche (z. B. die Mattscheibe) so einstellen, daß sich das interessierende Objektdetail nicht mehr bewegt. Durch einfaches Ändern der Abtastgeschwindigkeit kann er schnell von einer zur ande- 4η ren Beobachtungsart wechseln.

Als Ablenkeinheit für den Wiedergabestrahl kann beispielsweise ein digitaler Lichtablenker dienen. Das ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Strahl entlang besonders komplizierter Kurven geführt werden soll. In 4«; bestimmten Fällen ist es zweckmäßig, die Einzelhologramme statistisch über eine Ebene zu verteilen, dann bietet praktisch nur noch der digitale Lichtablenker die Möglichkeit, diese Hologramme verlustfrei anzusteuern.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Es zeigt

F i g. 1 die gesamte Anordnung und

F i g. 2 eine Abwandlung.

Der von einem Laser 1 erzeugte Lichtstrahl wird mit ss Hilfe der Linse 2 fokussiert und fälit auf einen Spiegel 3, der auf einer rotierenden Achse 4 montiert ist. Die Spiegelnormale ist leicht gegen die Rotationsachse geneigt, so daß bei der Drehung der Achse der reflektierte Strahl einen Kegelmantel beschreibt Die Lage des Brennpunktes der Linse 2 ist so gewählt, daß alle bei der Rotation durch Reflexion am Spiegel entstehenden Kugelweilen einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt besitzen, der mit der Spitze des Kegelmantels zusammenfällt. Dieser gemeinsame Punkt wird mit Hilfe eines weiteren Linsensystems β durch die Teilhologramme 7 hindurch in den Punkt abgebildet, dessen Lage der gemeinsamen bei 4er Herstellung der Teilhologramme benutzten Referenzquelle entspricht. Es ist zweckmäßig, mit einer ebenen Referenzwelle zu arbeiten. Dann ist die Linse 6 ein einfacher Kollimator.

Durch geeignete Wahl des Öffnungsverhältnisses von Linse 2 und der Brennweite von Linse 6 kann man erreichen, daß der Querschnitt des einzelnen Wiedergabestrahls 5 in der Hologrammebene 7 die für die holographische Tomographie erforderliche Größe hat. Von Reflexionsverlusten abgesehen fällt dann das gesamte von Laser 1 kommende Licht durch diese Apertur. Von jedem mit diesem Wiedergabestrahl 5 beleuchteten Teilhologramm 8 werden dann Wellenfronten 10 und 11 rekonstruiert, die auf der Mattscheibe 9 die entsprechenden reellen Bilder erzeugen. Diese überlagern sich nur in der Tiefe zu dem scharfen Bild eines Objektdetails, die seiner tatsächlichen Position entspricht. Durch meßbares Verschieben, Kippen oder Schwenken der Mattscheibe 9 in Projektionsrichtung kann also der Betrachter 12 die Tiefenlage einzelner Details bestimmen. Die Verwischung der in Schichten anderer Tiefe befindlichen Details ist ja nach Lage der Hologrammebene 7 und der Mattscheibe 9 elliptisch oder kreisförmig.

Die hier beschriebene Anordnung kann in verschiedener Weise modifiziert werden. So kann man z. B. die Mattscheibe nach der Einstellung durch eine Filmkassette ersetzen und so tomographische Aufnahmen von dem interessierenden Objektdetail herstellen. In manchen Fällen ist es zweckmäßiger, die rekonstruierten reellen Bilder direkt auf die lichtempfindliche Schicht einer entsprechend meßbar beweglichen Fernsehkamera zu projizieren. Dann wird man durch Verändern des Maßstabes bei der Herstellung der Einzelaufnahmen und der Teilhologramme die Größe des reellen Bildes dem Durchmesser der lichtempfindlichen Schicht anpassen.

Bei einer anderen Anordnung wird gemäß F i g. 2 der umlaufende Wiedergabestrahl erzeugt, indem der den rotierenden Spiegel 3 beleuchtende Strahl durch die öffnung in einen Spiegel 13 fällt. Der zurückkominende Strahl wird dann an diesem Spiegel ί3 reflektiert. Eine solche Anordnung erleichtert das Justieren und hat den Vorteil exakt kreisförmiger Strahlbewegung und größerer Kompaktheit. Beide Anordnungen, bei denen der Laserstrahl parallel zur Rotationsachse einfällt, können benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Schichtbildern mit Hilfe der holographischen Tomographie, bei dem die mit Röntgenstrahlung aufgenommenen Einzelbilder unterschiedlicher Perspektive ihrerseits in Teilhologrammen holographisch aufgezeichnet werden, wobei die Teilhologramme auf einer feststehenden Aufzeichnungsfläche räumlich getrennt ι ο entlang einer Kurve, wie sie die Röntgenquelle bei der Herstellung der Einzelbilder beschrieben hat, mit optischer Strahlung erzeugt werden, und bei dem ein Wiedergabestrahl so auf die Teilhologramme gerichtet wird, daß sich die von den Teilhologrammen rekonstruierten reellen Bilder auf einer Empfängerfläche überlagern, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiedergabestrahl mit Hilfe eines Lichtablenkers die Teilhologramme entlang der oben genannten Kurve zeitlich aufeinanderfolgend beleuchtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiedergabestrahl schneller abgelenkt wird, als dem zeitlichen Auflösungsvermögen des Auges entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiedergabestrahl so langsam abgelenkt wird, daß das Auge seiner Bewegung zu folgen vermag.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ablenkung des Wiedergabestrahls ein digitaler Lichtablenker vorgesehen ist.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ablenkung des Wiedergabestrahls ein auf einer rotierenden Achse montierter und gegen diese geneigter Spiegel vorgesehen ist und der Wiedergabestrahl einen Kegelmantel beschreibt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Spiegel so mit dem Sektor einer Kugelwelle beleuchtet wird, daß alle bei der Rotation durch Reflexiorram Spiegel entstehenden Kugelwellen einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt besitzen, der mit der Spitze des Kegelmantels zusammenfällt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein abbildendes Element — z. B. ein Linsensystem — vorgesehen ist, das den gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt durch die Teilholo- so gramme hindurch in einen Punkt abbildet, dessen Lage der der gemeinsamen, bei der Herstellung der Teilhologramme benutzten Referenzquelle entspricht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ss dadurch gekennzeichnet, daß der den rotierenden Spiegel beleuchtende Strahl durch eine Öffnung in einem Spiegel hindurchgeht und daß der von dem rotierenden Spiegel zurückkommende Strahl an dem die Öffnung enthaltenden Spiegel reflektiert <*> wird.

9. Anordnung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Projektion der von den Teilhologrammen rekonstruierten reellen Bilder eine verschiebbare, kippbare oder ⁽>s schwenkbare Mattscheibe vorgesehen ist, deren Lageänderung in Projektionsrichtung meßbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Mattscheibe durch eine Filmkassette ersetzbar ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Projektion der rekonstruierten reellen Bilder die lichtempfindliche Schicht einer entsprechend meßbar beweglichen Fernsehkamera benutzt ist.