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Speicher- und Wiedergabevorrichtung für Strahlungsbilder Zusammenfassung
der Offenbarung Auf eine Bildspeicherplatte wird die Thermolumineszenz angewandt.
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Es wird auf ein Substrat zur Bildung einer Bildspeicherplatte eine
dünne Schicht aus thermolumineszentem lklaterial aufgebracht, auf die Platte ein
Strahlungsbild projiziert und dort vom thermolumineszenten material in Form einer
Dosisverteilung gespeichert.
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Zur Ablesung wird die Platte mit einem Infrarot-Laserstrahl abgetastet
und der Dosis proportionale Thermolumineszenz am Auftreffpunkt des Laserstrahls
abgestrahlt. Durch Abtasten der Speicherplatte mit dem Laserstrahl und Erfassen
der Thermolumineszenz läßt sich eine Reihe von Emissionsstärke werten in Form eines
Videosignals zum Erregen einer Siehtvorrichtung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beobachten'von
Strahlungsbildern und insbesondere eine Vorrichtung zum Speichern und itiedergeben
von Strahlungsbildern.
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Die Beobachtung von Strahlungsbildern wird heute immer wichtiger -
insbesondere die Beobachtung von Röntgenbildern auf dem Gebiet der medizinischen
Diagnostik.
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Bisher hat man zur Darstellung der Strahlungsbilder radiophotographische
Vorrichtungen oder Sichtgeräte verwendet, bei denen das röntgenbild wie ein Fernsehbild
auf einer BS-Bildröhre wiedergegeben wurde. Da bei handelsüblichen Geräten der menschliche
Körper Strahlungsdosen von 300 bis 400 mrem ausgesetzt ist, die leicht schädlich
werden können, ist erwunscht, die in der Radiographie angewandte Strahlendosis so
gering wie möglich zu halten.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein hochempfindliches
radiographisches Gerät zu erstellen, indem man die Thermolumineszenz zur Speicherung
des Strahlungsbildes ausnutzt.
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Insbesondere geht es bei der vorliegenden Erfindung um die Verwendung
von thermolumineszentem Material für die Speicherung von Strahlungsbildern. Ein
weiterer wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung ist das Erwärmen des thermolumineszenten
Materials durch einen abtastenden Lsserstrahl.
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heitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Fig. 1 ist ein. grundlegendes Blockdiagramm einer Speicher-und rdiedergab
evorrichtung für Strahlungsbilder nach der Erfindung; Fig. 2 ist eine Seitenansicht
der Bildspeicherplatte; Fig. 3 zeigt Emissionsstärkekurven thermolumineszenter Materialien;
Fig. 4 zeigt Kurven der Abhängigkeit der thermolumineszenten Emissionsstärke von
der Erregerenergie für thermolumineszente Materialien;
Yig. 5 ist
eine schematische Darstellung einer Laserstrahlablenkeinheit, wie sie in einer Ausführungsform
der Erfindung eingesetzt wird; Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Laserstrahlablenkeinheit
mit Plattenantrieb, wie sie in einer weiteren Ausführungsform der erfindung eingesetzt
werden; Fig. 7 zeigt eine Anordnung mit Bildspeicherplatte, Lichtsammler und optischem
Detektor; Fig. 8 zeigt eine weitere Anordnung mit Bildspeicherplatte, Lichtsaremler
und einem Lichtdetektor.
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In. Fig. 1 bezeichnen die Bezugszahl 10 eine ßöntgenstrahlenquelle,
die Bezugs zahl 20 einen Röntgenstrahl, die Bezugszahl 30 die zu untersuchende Substanz,
die Bezugszahl 60 einen Lasergenerator, die Bezugszahl 50 eine baserstrahlablenkeinheit,
die Bezugszahl 40 eine Bildspeicherplatte aus einer dünnen Schicht eines thermolumineszenten
Materials auf einem Substrat, die Bezugszahl 70 einen optischen Kollektor, die Bezugszahl
80 einen optischen Detektor, die Bezugszahl 90 einen Videospeicher, die Bezugszahl
100 einen Bildsignalverstärker und die Bezugszahl 110 ein Sichtgerät.
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Als nächstes soll das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erläutert
werden. Der von der Röntgenstrahlenquelle 10 erzeugte Röntgenstrahl 20 durchdringt
den Gegenstand 30; das hierbei entstehende Röntgenbild wird auf die thermolumiszente
Platte geworfen, deren thermolumineszentes Material einen Teil der Strahlungsenergie
absorbiert und als absorbierte Dosis speichert. Auf der thermolumineszenten Platte
entsteht also eine Dosisverteilung, die der Strahlenstärke des ursprünglichen Röntgenbildes
entspricht.
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Sodann wird die thermolumineszente Platte erwärmt, indem man sie mit
einem Laserstrahl abtastet. Mit anderen Worten: Am Auftreffpunkt des Laserstrahls
auf der thermolumineszenten
Platte wird das thermolumineszente Material
durch den Laserstrahl aufgeheizt und gibt dabei thermolumineszenz Licht ab.
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Dieses Licht wird durch die optische Sammelvorrichtung aufgefangen
und vom optischen Detektor erfaßt, der es als Reihe von Lichtstarkewerten in ein
Videosignal umwandelt9 mit denen ein Sichtgerät angesteuert wird. Diese Teile sollen
nun im einzelnen beschrieben werden0 Die Pig. 2 zeigt Schnittansichten thermolumineszenter
Platten.
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Hierbei stellen die Bezugszahl 41 ein thermolumineszentes Material,
die Bezugszahl 42 ein un-durchsichtiges Substrat und die Bezugszahl 43 ein durchsichtiges
Substrat darO Die thermoluminessente Platte 40 besteht aus einer dünnen Schicht
aus thermolumineszentem Material 41 auf einem durchsichtigen oder undurchsichtigen
Substrat0 Die Dicke der Schicht aus thermolumineszentem Material bestimmt die Auflösung
und die Empfindlichkeit der Platte: je dünner die Schicht, desto besser die Auflösung,
desto geringer aber die Empfindlichkeit0 Die optimale Dicke liegt zwischen 5 und
200 µm- abhängig davon, welche Art Information vom Strahlungsbild erwartet wird.
In den hier beschriebenen Ausführungsformen hat die Schicht aus thermolumineszentem
Material eine Dicke von 50/um.
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Für das thermolumineszente Material bestehen in der Anwendung zwei
Bedingungen. Zunächst muß wünschenswerterweise die Temperatur in der Emissionspitze
des thermolumineszenten Materials im Bereich von 60 bis 300°C auftreten, denn bei
Emissionsspitzen bei weniger als 60°C verschwindet das Bild bei Raumtemperatur schnell.
Bei mehr als 30000 wird es schwierig, die Platte ausreichend aufzuheizen. Emissionsstärkekurven
einiger thermolumineszenter Materialien sind in der Fig 3 gezeigt; die Tabelle 1
gibt die Temperatur der Emissionsspitze an. Die Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der
Emissionsstärke von der Erregerenergie für thermolumineszente Materialien. Ein weiterer
wesentlicher Faktor für das thermolumineszente Material ist seine Empfindlichkeit,
d.h. die auf die Bestrahlungseinheit
bezogene thermolumineszente
Emissionsstärke. Gewöhnlich wird die Empfindlichkeit eines thermolumineszenten Materials
für eine Strahlung mit einer Energie von etwa 1000 keV angegeben; bei vielen Substanzen
hängt sie jedoch von der wirksamen Strahlungsenergie ab. Dieser Zusammenhang ist
in der Fig. 4 dargestellt. Vie gezeigt, haben Substanzen aus schweren Atomen bei
50 keV eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als bei 1000 keV.
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Zieht man in Betracht, daß bei der medizinischen Diagnose die wirksame
ftöntgenstrahlenenergie zwischen 20 und 150 keV liegt, ist die Empfindlichkeit bei
sowohl 50 als auch 1000 keV von Bedeutung. Die Tabelle 1 gibt die Temperaturen für
die Emissionespitzen sowie die relative Empfindlichkeit bei 50 und 100 keV für verschiedene
Materialien an. Nach den oben angegebenen Bedingungen und der Tabelle 1 ergeben
sich die folgenden Substanzen als für die Verwendung für eine thermolumineszente
Bildplatte geeignet: Na2S04, MgS04, CaS04, SrS04, BaS04, Y2O3-Al2O3, MgB4O7, Li2B4O7,
Mg2SiO4, Al2O3, CaF2, SrF2 und BaF2.
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Die Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Ablenkeinheit für den Laserstrahl.
In dieser Figur bezeichnen die Bezugszahl 50 die Laserstrahlquelle, die Bezugszahl
51 einen Laserstrahl, die Bezugszahl 40 die thermolumineszente Platte, die Bezugszahl
52 ein Filter für sichtbares Licht, die Bezugszahl 61 eine Linse, und die Bezugszahlen
62 und 63 zwei Galvanometerspiegel ('wgalvano mirrore"). Diese Teile sind so angeordnet,
daß der Laserstrahl durch das Filter 52 und die Linse 61 läuft und zunächst vom
Spiegel 62 und dann vom Spiegel 63 auf die thermolumineszente Platte 40 reflektiert
wird.
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Das Filter 52 besteht aus einem Material, das Infrarotlicht durchläßt,
sichtbares Licht jedoch sperrt. Ein derartiges Material ist bspw. Silizium. Die
Linse 61 fokussiert den Laserstrahl auf einen Durchmesser von weniger als 50um auf
der Oberfläche der thermolumineszenten Platte. Der Spiegel 62 dient als Vertikalablenkmittel,
der Spiegel 63 als Horizontalablenkmittel,
Die dchwingfrequenzen
betragen 0,2 Hz für den Spiegel 62 und 360 Hz für den Spiegel 63; die thermolumineszente
Platte wird vom Laserstrahl also in 5 sec. einmal abgetastet.
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Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung einer Laserablenkeinheit und eines
Plattenantriebs für eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier
bezeichnen die Bezugszahl 44 einen Riemen, die Bezugszahl 45 einen Motor, der die
thermolumineszente Platte antreibt, und das Bezugszeichen 65 einen Spiegel.
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Der Spiegel 63 dient als Horizontalablenkmittel, wie für die vorige
Ausführungsforin beschrieben. Die thermolumineszente Platte 40 wird von dem lsIotor
45 in der Vertikalrichtung angetrieben.
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Die Fig. 7 zeigt die Anordung der thermolumineszenten Platte, eines
Lichtsammlers und eines optischen Detektors. Hier bezeichnen die Bezugszahl 40 eine
thermolumineszente Platte einer Größe von 30 x 30 cm, die Bezugszahl 41 eine Schicht
aus thermolumineszentem Material, die Bezugszahl 42 ein Substrat aus bspw. Alumminium
oder Kunststoff, die Bezugszahl 45 eine thermolumineszente Emission, die Bezugszahl
71 eine Linse als Lichtsammler, die Bezugszahl 80 einen optischen Detektor, die
Be-Bezugszahl 72 einen Dunkelkasten, d.h. eine Abdeckung zum Abschirmen des Außenlichts,
und das Bezugszeichen 81 einen Photovervielfacher.
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Die beim Erwärmen der Oberfläche der thermolumineszenten Schicht 41
erzeugte thermolumineszente Strahlung wird von der Linse 71 auf den Lichtdetektor
80 fokussiert, der die Lichtstrahlung in ein elektrisches Signal umsetzt, das in
einer Bildspeichervorrichtung aufgezeichnet wird. In den dargestellten Ausführungsformen
dient als optischer Detektor der Photovervielfacher 81.
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Die Fig. 8 zeigt eine weitere Anordnung einer thermolumineszenten
Platte mit den dazugehörigen Elementen. Hier bezeichnet die Bezugszahl 43 ein transparentes
Substrat aus bspw. Quarzglas
oder durchsichtigem Kunststoff. Die
thermolumineszente Emission 45 durchdringt das Substrat und wird von der Linse auf
den Photovervielfacher fokussiert. Der Photovervielfacher muß für sowohl violettes
als auch sichtbares flieht empfindlich sein.
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Der Typ IP21 der Fa. Hamamatsu TV entspricht dieser Forderung.
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weiterhin soll auf die Herstellung der thermolumineszenten Platte
eingegangen werden. Die Korngröße des thermolumineszenten Materialpulvers kann 1
bis 100/um betragen. Um dieses pulver zu einer thermolumineszenten Schicht zu verwandeln,
läßt das Spriih- oder Streichverfahren verwenden.
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nin Beispiel für die Herstellung der Schicht ist wie folgt: 100 g
CaSO4 als thermolumineszentes Material wurden mit 100 g in Toluol gelöstem Siloxanharz
vermischt und die Eischungsflüssigkeit mit einer Spritzpistole auf das Substrat
aufgesprüht. Die sich bildende Schicht war 50 µm dick. Die Schichtdickenschwankungen
über die Platte müssen geringer als 10 % sein. Nach dem Aufbringen wurde die thermolumineszente
Schicht 1 Std. lang bei Raumtemperatur getrocknet, dann 2 Std. auf 150°C und eine
weitere Stunde auf 4000C vorgehalten.
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Es wurden Einzelheiten der vorzugsweise ausgeführten Form der Erfindung
beschrieben. Die Speicher- und diedergabevorrichtung für Röntgenstrahlungsbilder
mit CaS04 als thermolumineszentem Material nimmt ein Röntgenbild bereits bei Bestrahlung
mit 5 mR an. Bs lassen sich mit dieser Vorrichtung also bereits Strahlungsbilder
erhalten, wenn die Röntgenbestrahlungezeit nur ein Zwanzigstel der bei handelsüblichen
Radiographievorrichtungen üblichen Zeit beträgt.
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Patentansprüche