DE2658079A1

DE2658079A1 - Holographie-vorrichtung zur erlangung einer kodierten abbildung eines objektes mittels emittierter roentgenoder gamma-strahlen

Info

Publication number: DE2658079A1
Application number: DE19762658079
Authority: DE
Inventors: Yves Belvaux; Jacques Fonrojet; Serge Lowenthal
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1978-11-09
Also published as: NL7614166A; FR2335858B1; FR2335858A1; US4146295A

Description

Holographie-Vorrichtung zur Erlangung einer kodierten Abbildung eines Objektes mittels emittierter Röntgen- oder Y -Strahlen

Gegenstand der Erfindung ist eine mit sogenannter inkohärenter Holographie arbeitende Vorrichtung oder eine Kodiervorrichtung für szintigraphische oder radiographische Abbildungen mittels Kodierschirmen - oder Masken - für die Anwendung in der Astronomie oder in der medizinischen Gammastrahlenphotographie.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Holographie-Vorrichtung zur Erlangung einer kodierten Abbildung eines Objektes, das von einer Anzahl von Strahlenquellen gebildet wird, insbesondere von X oder γ -Strahlen. Sie besteht aus einer Maske mit vorherbestimmten räumlichen Schwankungen ihrer Übertragung, die die Strahlen eines Objektes empfängt, und einem Detektor,

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der im Strahlengang unterhalb der Maske angebracht ist.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird im allgemeinen eine Maske in zentrischer Konfiguration nach Fresnel benutzt. Obwohl ihre Anwendung im Fall von punktförmigen (sternförmigen) Objekten richtig ist, treten bei diesen bekannten Vorrichtungen zahlreiche Schwierigkeiten im Falle von kontinuierlichen Objekten auf, wie sie die mit Hilfe von radioaktiven Indikatoren markierten menschlichen Organe darstellen.

Insbesondere gibt die zentrische Zone von Fresnel Anlaß zur Überlagerung verschiedener Beugungsordnungen. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wurde schon vorgeschlagen, als Kodierschirm einen exzentrischen Teil der Fresnel-Konfiguration zu verwenden. Jedoch verhält sich eine solche mit inkohärenter Holographie arbeitende Vorrichtung hinsichtlich der Bilderzeugung wie ein Durchlaßbandfilter, das die Elemente mit räumlicher Tieffrequenz abschneidet. Man muß also auf dem Objekt oder in der Nähe des Objektes, von dem man eine Abbildung erhalten möchte, eine zweite Maske anbringen, die das Objekt in der mittleren Frequenz moduliert, welche die Fresnel-Zone überträgt.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile, wobei ihr insbesondere die Aufgabe zugrunde liegt, eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei der eine einzige Maske verwendet wird. Zu diesem Zweck besitzt die Holographie-Vorrichtung erfindungsgemäß eine Maske, die einederartige Konfiguration aufweist, daß die Überlagerung von verschiedenen Beugungsordnungen ohne Unterdrückung der tiefen Frequenzen vermieden wird.

Vorteilhafterweise besitzt die Maske, deren räumliche Übertragungsschwankung in an sich bekannter Weise unstetig ist, eine Konfiguration, die merkbar dem Produkt eines Kode aus

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zwei räumlichen Variablen mit einer periodischen linearen Funktion entspricht.

Vorteilhafterweise wird die Maske künstlich erzeugt durch eine sogenannte zusammengesetzte Maske mit unstetiger räumlicher Übertragungsschwankung, die zu einer zweckdienlichen Bewegung angeregt wird.

Vorteilhafterweise folgt die Maske mit ihrer stetigen Uber-

\/ 9 2 tragungsschwankung einer räumlichen Funktion von yx + y , und sie wird künstlich erzeugt durch eine zusammengesetzte Maske, die eine Konfiguration mit unstetiger Übertragungsschwankung aufweist und die zu einer Rotationsbewegung um ihr Zentrum angeregt wird.

Vorteilhafterweise folgt die Maske mit ihrer stetigen Übertragungsschwankung einer räumlichen periodischen Funktion von

2 2
χ + y .

Vorteilhafterweise werden die Maske und der Empfänger zu Translationsbewegungen in ihrer Ebene angeregt, wobei der eine zum anderen im Verhältnis zu einer vorherbestimmten Ebene, die durch das Objekt gelegt ist, homothetisch ist.

Vorteilhafterweise weist die zusammengesetzte Maske mindestens eine Figur in Form eines Sektors auf und dreht sich um die Spitze des besagten Sektors.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung, die mehrere Ausführungsbeispiele enthält, und an Hand der beiliegenden Zeichnungen, näher erläutert.

- Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Holographie-

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Vorrichtung gemäß einer Ausführungsart der Erfindung,

- Fig. 2a ist ein Schirm gemäß einer Ausführungsart der

Erfindung,

- Fig. 2b ist ein Schirm gemäß einer anderen Ausführungs

art der Erfindung,

- Fig. 3a ist ein optisches Schema, das den Verlauf der

Lichtstrahlen zeigt, wenn man als Maske eine binäre Konfiguration von Fresnel benutzt,

- Fig. 3b ist ein optisches Schema, das den Verlauf der

Lichtstrahlen zeigt, wenn man als Maske eine genaue Konfiguration von Fresnel benutzt,

- Fig. 4a ist eine zusammengesetzte binäre Maske gemäß

einer Ausführungsart der Erfindung,

- Fig. 4b ist eine zusammengesetzte binäre Maske gemäß

einer anderen Ausführungsart der Erfindung, und

- Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer Holographie-

Vorrichtung gemäß einer Ausführungsart, die anders ist als die in der Fig_e 1.

Als Beispiel und zum besseren Verstehen, wird eine Vorrichtung beschrieben, die zur Erlangung einer gammagraphischen Abbildung eines mittels eines radioaktiven Indikators markierten menschlischen Organes geeignet ist. Er versteht sich von selbst, daß diese Beschreibung nicht einschränkend ist, sowohl was die Art des Objektes, von dem eine Gammagraphie oder eine Radiographie erhalten werden soll,als auch die Art des verwendeten Empfängers betrifft. Der Empfänger kann auch aus einem radiographischen Film

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und aus einem Bildschirmverstärker bestehen und z.B. einen Kristall-Szintillator, einen Lichtverstärker oder einen Empfänger aufweisen.

Gemäß der ersten Ausführungsart der Vorrichtung ist das Organ 0 (Fig. 1), das mittels eines radioaktiven Indikators markiert ist, in dem Abstand I₁ von der Maske C positioniert, die wiederum in dem Abstand l_o von dem photoempfindlichen Empfänger R angebracht ist, dessen Ebene parallel zu der der Maske C ist. Die Abstände I₁ und 1„ sind in der Größenordnung von einigen Zentimetern bis einigen Dezimetern. Es können zwei Maskenarten verwendet werden: entweder die unstetige Art oder die zusammengesetzte stetige Art.

1. Unstetige Masken

Um die Mißstände, die bereits bei den zentrischen oder exzentrischen Zonen von Fresnel genannt wurden, zu beseitigen, weist die Maske C gemäß der Ausführungsart der Erfindung eine Konfiguration auf, die in erster Annäherung einem Transparentgesetz nach der Formel

■} a (χ + y ) + ¹M* cos bx

entspricht.

Diese Konfiguration ergibt sich demnach aus dem Produkt einer räumlichen Kodierfunktion aus zwei räumlichen Variablen, wie z.B. einer zentrischen oder exzentrischen Zone von Fresnel, mit einer periodischen linearen Netzfunktion, wie die Funktion cos bx, einer räumlichen Variablen. Die Figuren 2a und 2b zeigen die Annäherung einer solchen Maskenart, je nach dem ob der zentrale Teil (Fig. 2a) oder

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ein exzentrischer Teil (Fig. 2b) der besagten Konfiguration in Betracht gezogen wird.

2. "Halbgefärbte" zusammengesetzte Kodierer

Es ist sehr schwierig, Maskenmodulatoren zu realisieren, die eine Übertragung aufweisen, die einem ganz bestimmten Gesetz folgt. Im allgemeinen sind die verwendeten Maskenarten von binärem Typ, d.h. sie weisen nur Zonen auf, die für die Strahlen des Objektes entweder vollständig undurchsichtig oder vollständig transparent sind, Was zu Kunsterzeugnissen (Artefakten) führen kann, wenn sie in der Gammaholographie verwendet werden.

In der Tat, wenn der verwendete Kodierer aus Ringen mit gleicher Oberfläche besteht, die abwechselnd undurchsichtig oder transparent sind, produziert die so gebildete Fresnel'sehe Zone bei der Auswertung eine Reihe von Brennpunkten, d.h. Abbildungen F₂, F'₂, F"₂ (Fig. 3a).

Wenn man eine Maske realisieren kann, deren Übertragungskonfiguration gleich derjenigen einer exakten Fresnel'sehen Zone mit dem Gesetz

^T - 1 + - cos l· ⁽*^{2 +} **> ⁺ Ό" ist, so verbleiben nur noch zwei Beugungsordnungen (Fig. 3b).

Solche stetigen Konfigurationen können gemäß der Erfindung erhalten werden, indem man von binären Masken ausgeht, die zu vorherbestimmte Bewegungen angeregt werden. Die Figuren 4a und 4b zeigen zwei Beispiele einer binären Maske, die eine exakte Zone von Fresnel erzeugt, wenn sie zu einer Rotationsbewegung

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um ihr Zentrum K in ihrer Ebene angeregt wird.

Man wird bemerken, daß die Maske gemäß der Fig. 4b aus 12 Figuren in Form von Sektoren gebildet ist, von denen jeder identisch mit der Figur der Maske in der Fig. 4a ist. Selbstverständlich ist es möglich, eine zusammengesetzte Maske zu erhalten, die eine Anzahl unbestimmter Figuren in Form von Sektoren umfaßt.

Es ist möglich, durch Verwendung einer solchen binären Maske, die zu Translations- und/oder Rotationsbewegungen angeregt wird, praktisch jedes gewünschte Transparentgesetz künstlich herzustellen.

Die Masken der Figuren 4a und 4b von analoger Konfiguration erlauben die Erzeugung einer räumlichen Funktion gemäß der exakten Zone von Fresnel. Jedoch beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf solche Funktionen, sondern erstreckt sich

\l 2 2~ auch auf alle stetigen räumlichen Funktionen von yx + y , d.h. eines Strahles, ob sie periodisch sind oder nicht. Diese Funktionen setzen das Vorhandensein eines Zentrums voraus, d.h. eines Punktes mit dem Koordinaten χ = O, y = 0.

Die zusammengesetzten binären Masken weisen vorteilhafterweise mindestens eine Figur in allgemeiner Form eines Sektors auf, die geeignet ist, um in einen Kreissektor eingetragen zu werden. Das Zentrum der künstlich zusammengesetzten Kodiermaske stimmt überein.mit der Spitze des besagten Sektors, die gleichzeitig das Zentrum ist, um den sich die binäre Maske drehen muß, um die besagte Kodiermaske zu erzeugen.

Die oben beschriebenen Kodiermasken können bei einer Tomographie-Vorrichtung benutzt werden, die in Fig. 5 dargestellt ist,

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Die Kodiermaske C und der Empfänger R werden hier zu Translationsbewegungen in ihren Ebenen angeregt und zwar Translationsbewegungen, deren Geschwindigkeiten im Verhältnis zu den Abständen zu einer Ebene P stehen, in der das Objekt 0 liegt, das ein gewisses Volumen aufweist.

In der Fig. 5 ist die Wirkungsweise der Vorrichtung mittels eines schwenkbaren Hebels um eine Achse A, die in der Ebene P liegt oder dort, wo man einen Schnitt des Objektes durchführen möchte, beschrieben. Der Mitnehmer Ca weist Öffnungen 2 auf, die von Achsen A^ und A„ durchdrungen werden, die die Träger bzw. die Kodiermaske C und den Empfänger R bilden. Führungsschienen Gl halten die besagten Träger in ihren Ebenen, indem ihre Bewegungen in dem in der Figur gezeigten Beispiel auf eine vertikale Translation begrenzt wird.

Da die relativen Geschwindigkeiten der verschiedenen Elemente gegeben sind, spielt sich für die Punkte des Objektes, die sich in der Ebene P befinden alles so ab, als ob die Vorrichtung statisch ist, was eine kodierte Abbildung auf der Ebene des Empfängers R ermöglicht, wie bei der in Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung. Dagegen erfolgt, was die Punkte des Objektes, die sich außerhalb der Ebene P befinden, betrifft, eine Ablenkung, ein "Wegrücken" der kodierten Abbildung, und allein die emittierten Gammastrahlen, die sich in der Ebene P befinden, werden von der Vorrichtung erfaßt. Man erhält somit eine tomographische Abbildung (Schichtbildaufnahme) des Objektes.

Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß die oben genannte Vorrichtung nur erläuternd ist und die vorliegende Erfindung nicht einschränkend. Die Achse A kann in irgendeiner anderen Ebene positioniert sein, die die drei Hauptelemente des Systems enthält: die Tomographie-Ebene, die Kodiermasken-Ebene C und die Empfänger-Ebene R. Die zwei anderen Elemente sind dann beweg-

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/η.

lieh im Vergleich zu dem feststehenden Element. Die Achse A kann sogar außerhalb einer dieser drei Ebenen positioniert sein, die in diesem Fall alle zu einer Translationsbewegung angeregt werden. Der Hebel 1 (Fig. 5) kann sich z.B. um die Achse A' drehen, die mit Abstand von der Achse A angeordnet ist. In diesem Fall werden die Achse A und somit das Objekt zu einer vertikalen Translationsbewegung angeregt. Es ist jedoch viel einfacher, das Objekt fest zu lassen (z.B. einen Patienten) und die anderen Elemente zu verschieben.

. . .10/

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Le

erseite

Claims

Patentansprüche

1. Holographie-Vorrichtung zur Erlangung einer kodierten Abbildung eines Objektes, das von einer Anzahl von Strahlenquellen, insbesondere Röntgen oder y -Strahlen gebildet wird, wobei die Vorrichtung eine Maske mit vorherbestimmten räumlichen Schwankungen ihrer Übertragung aufweist, die die Strahlen des Objektes empfängt sowie einen Empfänger, der im Strahlengang unter der Maske angebracht ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Maske eine derartige Konfiguration aufweist, daß die Überlagerung von verschiedenen Beugungsordnungen ohne Unterdrückung der tiefen Frequenzen vermieden wird.

2. Holographie-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske, deren Variation der räumlichen Übertragung in an sich bekannter Weise stetig ist, eine Konfiguration aufweist, die merkbar dem Produkt eines Kodes aus zwei räumlichen Variablen mit einer periodischen linearen Funktion entspricht.

3. Holographie-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Maske künstlich erzeugt wird durch eine sogenannte zusammengesetzte Maske mit· -unstetiger räumlicher Übertragungsschwankung, die zu einer zweckdienlichen Bewegung angeregt wird.

4. Holographie-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske mit ihrer stetigen Übertragungsschwankung einer räumlichen Funktion von yx + y" folgt und daß sie durch eine zusammengesetzte Maske künstlich

...11/

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erzeugt wird, die eine Konfiguration mit unstetiger Übertragungsschwankung aufweist und die zu einer Rotationsbewegung um ihr Zentrum angeregt wird.

5. Holographie-Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske mit ihrer stetigen Übertragungsschwankung einer räumlichen periodischen Funktion von

x² + y² folgt.

6. Holographie-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm und der Empfänger zu Translationsbewegungen in ihrer Ebene angeregt werden, wobei der eine zum anderen im Verhältnis zu einer vorherbestimmten Ebene, die durch das Objekt gelegt ist, homothetisch ist.

7. Holographie-Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zusammengesetzte Maske mindestens eine Figur in Form eines Sektors aufweist und sich um die Spitze des besagten Sektors dreht.

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