DE2831898A1 - Vorrichtung zur umwandlung von strahlung in sichtbares licht - Google Patents
Vorrichtung zur umwandlung von strahlung in sichtbares lichtInfo
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Description
Patentanwälte
Dipl.-Wirtsch.-Ing.B.Jochem u
Frankfurt/Main Staufenstrasse 36
Anm. :
National Aeronautics and
Space Administration (NASA),
Space Administration (NASA),
Washington, D.C. 2o545 / USA
Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlung in sichtbares Licht
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlung, z.B. Röntgen- oder Gamma-Strahlung, in
sichtbares Licht und Verstärkung des Lichts mittels eines Mikrokanalplattenverstärkers.
Derartige Vorrichtungen werden insbesondere im medizinischen Bereich, z.B. für die Röntgendiagnostik und die
Beobachtungen während Operationen eingesetzt. Eines der großen Probleme bei der Röntgen- und Gammenstrahlendiagnostik
sind die Strahlenschäden, die durch die intensive Strahlung hervorgerufen werden, welche erforderlich ist,
um ein gutes Bild zu erhalten. Selbst außerhalb des medizinischen Anwendungsbereichs, z.B. bei industrieller
Anwendung und sonstigen Überwachungen, bringt die Notwendigkeit hoher Dosierung Probleme für die Umgebung
und die Gesundheit mit sich. Die Strahlenbelastung ist auch der begrenzende Faktor bei der Anwendung der
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durch Computer unterstützen Tomographie (CAT) und bei der Benutzung von Durchleuchtungsgeräten» In der Zahnmedizin,
wo Röntgenaufnahmen zur täglichen Praxis gehören,' werden vielfach hochempfindliche Organe, wie z.B. die
Schilddrüse und die Hypophyse,zufällig und unnötigerweise
der starken Strahlung der gegenwärtig gebräuchlichen Röntgenapparate. ausgesetzt, die sich nicht auf einen
eng begrenzten Bereich ausrichten lassen. Die bekanntgewordenen Versuche zur Verringerung der Strahlenbelastung
durch Röntgenstrahlen werden nachstehend geschildert.
Die Strahlendosis kann z·.B, schon durch Bildschirme mit
Verstärkerwirkung, hochempfindliche Filme und Kombinationen dieser beiden Möglichkeiten verringert werden. Bildschirme
mit einer Fluoreszenzschicht aus seltenen Erden, wie z.B. durch Terbium aktiviertem Gadolinium und Lanthanoxysulfid
haben einen hohen Absorbtionswirkungsgrad in der Größenordnung von 60% bei den typischen medizinischen Röntgenstrahlenenergien
von 2o bis 60 KeV. Sie haben auch einen hohen Wirkungsgrad bei der-·folgenden Umwandlung der
absorbierten Röntgenstrahlenenergie in eine große Zahl Photonen des sichtbaren Lichts, Durch geeignete Kombination
solcher Bildschirme mit im Frequenzbereich des erzeugten sichtbaren Lichts hochempfindlichen Filmen
kann die Bestrahlungszeit, welche sonst für die unmittelbare Belichtung eines Röntgenstrahlenfilms mit Röntgenstrahlen
erforderlich ist, um einen Faktor von ungefähr 5o verringert werden. Bei Bildschirmuntersuchungen wird
jedoch nur der Bildschirm allein ohne Film gebraucht. Dabei haben selbst an Dunkelheit adaptierte Augen
Schwierigkeiten, bei normalen Röntgenstrahlendosen einzelne Details im Bild zu erkennen. Diese Tatsache sowie die
erforderlichen langen Bestrahlungszeiten führen zu
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unannehmbar hohen Strahlendosen,
Bei der Suche nach Lösungen zur Verringerung der Strahlendosis
spielen auch Bildverstärker eine Rolle, Die Röntgenbildverstärkung begann mit einer Verstärkerröhre vom
Typ einer Diode. In solch einer Röhre werden kinetische Energien in der Größenordnung von mehreren zehntausend
eV auf Fotoelektronen übertragen, die entweder direkt durch Röntgenstrahlen erzeugt werden oder indirekt über
eine vorangehende Umwandlung der Röntgenstrahlen in sichtbares Licht mittels einer Fotokathode, bevor sie auf einen
Fluoreszenzschicht-Bildschirm fallen. Gleichzeitig wird auch noch das Elektronenbild mehrere Male verkleinert,
bevor es am Ausgang auf den Bildschirm trifft. Die Verkleinerung
zusammen mit den hohen kinetischen Energien SiH: der Fotoelektronen ergibt ein verstärktes Röntgenbild.
Bei diesen Röhren bleibt jedoch nach der anfänglichen Erzeugung der Fotoelektronen die Zahl der Elektronen im
Elektronenbild konstant und wird nicht vervielfacht. Die elektrischen und elektrooptischen Erfordernisse von Geräten
mit solchen Röhren lassen diese Systeme jedoch groß9
kompliziert und störungsanfällig werden.
Seit kurzem werden auch Mikrokanalplattenverstärker (MCP) direkt als Fotokathode für einfallende Röntgenstrahlen benutzt
und mit einem Fluoreszenzbildschirm als Ausgang kombiniert. Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, daß die
niedrige Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Fotoelektronen im MCP-Material bei den medizinisch gebräuchlichen Röntgenstrahlenenergien
sowie die niedrige Wahrscheinlichkeit, daß diejenigen Fotoelektronen, welche tief im Material
erzeugt werden, auftauchen und vervielfacht werden, im Ergebnis zu einem Mengenwirkungsgrad führen, der höchstens
ein paar Prozent beträgt. Bei solch niedrigem Wiclsungsgrad
geht bereits am Anfang ein großer Teil der Bildinformation
verloren, der in späteren Stufen nicht wiedergewonnen
werden kann. Ausserdem verursachen Röntgenstrahlen, die
mehr als einen Kanal durchdringen, bevor sie entdeckt werden, eine Verschlechterung des Bildes und einen Verlust
an Auflösung.
In einem weiteren kürzlich vorgenommenen Lösungsversuch unter Verwendung eines MCP-Verstärkers wird Fotokathodenmaterial
für sichtbares Licht unmittelbar auf die Rückseite eines für Röntgenstrahlen empfindlichen Bildschirms aufgebracht.
Dem MCP-Verstärker folgt dann eine Fotokcßiode mit einem Ausgangsbildschirm. Einfallende Röntgenstrahlen werden
zunächst in sichtbares Licht umgewandelt, dieses dann in Fotoelektronen umgesetzt, letztere werden durch den
MCP-Verstärker vervielfacht, und schließlich folgt deren Umwandlung wieder in sichtbares Licht mittels des Ausgangsbildschirms.
Diese unter Verwendung eines MCP-Verstärkers arbeitende Lösung erreicht bereits eine sehr viel höhere
Quantenausbeute als die zuvor erwähnten Geräte. Der bessere Wirkungsgrad kann dabei auf die Verwendung eines Röntgenstrahlen-Bildschirms
zurückgeführt werden, der sehr wirksam ist. Dennoch blieb bisher ein mit der zuletzt
geschilderten Vorrichtung verbundenes Problem ungelöst. Die Nähe des RÖntgenstrahlenbildschirms zur hochempfindlichen
Fotokathode für sichtbares Licht, die beide in derselben Vakuum-Umhüllung anzuordnen sind, um die Auflösung
zu bewahren, führt zur Kontamination des Materials der Fotokatode und beeinträchtigt dadurch ganz wesentlich die
Nutzungsdauer des Verstärkers. Entscheidend ist, daß bei beiden vorangegangenen Lösungsversuchen mit MCP-Verstärkern
die Röntgenstrahlen zunächst durch die Vakuum-Umhüllung des Verstärkers hindurchtreten mußten, bevor sie aufgefangen
und verstärkt wurden. Die Röntgenstrahlen mußten also ein Fenstermaterial passieren, welches die Vakuum-
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kammer dicht abschließt. Um eine wesentliche Verringerung der Quantenausbeute zu vermeiden, mußte das Fenstermaterial
sehr dünn sein, so daß es für die einfallenden Röntgenstrahlen hochgradig transparent blieb. Andererseits mußte
es jedoch dick genug sein, um der Druckdifferenz von
wenigstens ungefähr einer Atmosphäre standzuhalten. Diese beiden widerstreitenden Erfordernisse führten zu konstruktiven
Kompromissen, wie z.B. einem gekrümmten Fenster mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen hundert yum,
welches jedoch selbst bei dieser minimalen Dicke den Verlust von 2o bis 3o% der einfallenden Röntgenstrahlen verursacht.
Ausserdem mögen solche dünnen Fenster zwar noch für Experimente im Laboratorium geeignet sein, für die
Verwendung bei Operationen sind sie jedoch im allgemeinen zu zerbrechlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die bei extrem
geringer Strahlungsintensität funktionsfähig und im Aufbau einfach und wenig störanfällig ist.
Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß zwischen dem die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnden Teil der Vorrichtung und dem Lichtverstärker
ein trennender Lichtleiter angeordnet ist.
Die neue Vorrichtung ist zur Abbildung beliebiger Strukturen geeignet, die zwischen eine Röntgen- oder Gamma-Strahlenquelle
niedriger Intensität und die neue Vorrichtung selbst gebracht werden können, wobei die Strahlenquelle
und die neue Vorrichtung zu einem zusammenhängenden Gerät vereinigt sein können. Der der Abbildung dienen
de Teil des Geräts dient in einem ersten Teil der Umwandlung der für die Untersuchung benutzten Strahlen,
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seien es solche aus geladenen und neutralen Teilchen, Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, in sichtbares Licht.
Danach wird das sichtbare Licht so verstärkt, daß es zur Betrachtung in Klinikräumen oder sonstigen Untersuchungsräumen
geeignet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild,
welches die Grundkomponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt,
Fig. 2 ein weiteres Blockschaltbild, das die
Funktionselemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkennen läßt,
Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Hauptachse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung
zur Energieversorgung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung mit einem mechanisch mit
einer eigenen Strahlenquelle gekoppelten Bildverstärker.
In den verschiedenen Zeichnungsfiguren sind übereinstimmende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist anhand eines Blockschaltbilds das der Erfindung zugrunde
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liegende Konzept dargestellt. Danach besteht das System
der neuen Vorrichtung aus einem Konverter zur Umwandlung von Röntgen- und Gammastrahlen in sichtbares Licht und ein'em
nachgeschalteten Verstärker für das sichtbare Licht. In
einer Ausführungsform kann der Konverter einfach ein unter Verwendung seltener Erden hergestellter Bildschirm
sein, der gegenüber dem normalen Licht der Umgebung abgeschlossen
ist und in unmittelbarer Berührung mit der Frontplatte einer für sich bekannten Nachtsicht-Bildverstärkerröhre
ohne deren Optik angebracht sein kann. Diese Version kann als LlXIscope (Low Intensity Y-ray Image
Scope) bezeichnet werden.
Fig. 2 zeigt die wesentlichen Funktionselemente einer insgesamt
mit 2o bezeichneten Ausführung der Erfindung. Dabei dient ein für sichtbares Licht undurchdringlicher
Lichtschirm 21 dazu, das sichbare Licht der Umgebung abzuhalten, während Röntgen- und Gammastrahlen praktisch
ungehindert durchdringen können. Die hindurchgehende Strahlung trifft auf eine fluoreszierende Schicht 22
oder ein Scintillatormaterial 22, welches sichtbares Licht erzeugt. Die Elemente 21 und 22 bilden deshalb zusammen
den erwähnten Konverter zur Umwandlung von Röntgen- oder
Gammastrahlen in sichtbares Licht, Eine eingangsseitige Faseroptikplatte 23 verhindert, daß sich das von der
Fluoreszenzschicht 22 abgestrahle Licht seitlich ausbreitet, und überträgt das Licht auf eine Fotokathode 24,
die das Licht in Elektronen umsetzt, welche dann durch einen MCP-Verstärker 25 vervielfacht werden. Der Elektronenausstoß
des Verstärkers wird dann durch einen ausgangsseitigen Bildschirm 26 in sichtbares Licht zurückverwandelt.
Das durch den ausgangsseitigen Bildschirm erzeugte sichtbare Licht gelangt zu dem Betrachter über eine aus-
gangsseitige Faseroptikplatte 27, die dazu dient, die
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seitliche Ausbreitung des Lichts zu verhindern.
Fig. 3 stellt einen detaillierten Querschnitt durch die in Fig, 2 mit 2o bezeichnete Ausführungsform der Erfindung
dar, wobei der Schnitt der Hauptachse folgt. Danach sind die Teile 23 bis 27 in einem Gehäuse 28 aufgenommen,
welches eine runde Form haben und aus einem geeigneten Glas, keramischen oder anderen isolierenden Material bestehen
kann8 welches die Anforderungen an die elektrische
und Vakuumisolierung erfüllt. Die einfallende Strahlung trifft auf den Lichtschirm 21. Dies kann eine dünne Aluminium-
oder Magnesiumfolie oder eine Folie aus einem ähnlich lichtundurchlässigen Material sein, welches gleichzeitig
für Röntgen- und Gammastrahlen hochtransparent ist. Alternativ kann der Lichtschirm auch aus schwarzer
Kunststoffolie oder lochfreiem Papier bestehen. Er muß jedenfalls die Fluoreszenzschicht 22 vollständig überdecken.
Die Fluoreszenzschicht 22 wandelt die absorbierte Strahlung in eine große Zahl sichtbarer Lichtphotonen um. Dabei ist
die Wahrscheinlichkeit gering^ daß Bildinformationen verloren gehen. Leuchtstoffe in Form seltener Erden, bestehend
z.B. zu 9o% aus Terbium-aktiviertem Gadolinium und lo%
Lanthanoxysulfid, wandeln Röntgenstrahlen mit hohem Wirkungsgrad in sichtbares Licht um» Für die Umwandlung von
Gammastrahlen kommen Scintillatormaterialien in Frage, wie z.B. Natriumiodid (NaI) oder Cäsiumjodid (CsI) mit oder
ohne Äktiverung durch Verunreinigungen wie z.B. ThaMum (Tl) oder Natrium (Na)0 Im Falle des für die Fluoreszenzschicht
geeigneten Leuchtstoffs kommt ein unmittelbarer Auftrag auf die Faseroptikplatte 2 3 oder ein Auftrag auf eine
getrennte Faseroptikplatte in Frage, die dann mit der eingangsseitigen Faseroptikplatte 23 gekoppelt wird9
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— **9 " —
während das genannte Scintillatormaterial in Form dünner
Plättchen mit der eingangsseitigen Faseroptikplatte 2 3 gekoppelt werden kann. Für dosimetrische Studien mit
elektromagnetischer oder Korpuskularstrahlung können wegen ihrer gewebeähnlichen Eigenschaften auch Kunststoffe
als Scintillatormaterial verwendet werden. Es sollte bemerkt werden, daß der Lichtschirm 21 auch dadurch erzeugt
werden kann, daß das Teil 22 "aluminiert" wird, welches dann wiederum die eingangsseitige Faseroptikplatte
23 überdecken muß. Das von der Fluoreszenzschicht 22 erzeugte sichtbare Licht wird durch die Faseroptikplatte
23, welche aus Fasern von fünf um zusammengesetzt ist, in die Hochvakuum-Kammer 29 geleitet. Der Faserdurchmesser
sollte klein genug sein, so daß die Verschlechterung des Auflösungsvermögens minimal ist. Die Plattenstärke
ist nicht kritisch. Die Möglichkeit, eine dicke Platte zu verwenden, ohne die Funktion zu beeeinträchtigen,
kann für die Herstellung einer robusten Konstruktion ausgenutzt werden. Der Verlust an Auflösung ist im übrigen
wegen der dichten Verbindung zwischen der eingangsseitigen Faseroptikplatte und dem Konverter minimal.
Auf der Rückseite, d.h. der Vakuumseite, der Faseroptikplatte 23 ist eine Fotokathode 2f für sichtbares Licht angebracht,
deren Material, z.B. S-2o, so gewählt wird, daß es auf die Wellenlänge des von der Fluoreszenzschicht
22 erzeugten Lichts abgestimmt ist. Dadurch wird die einfallende Lichtstrahlung durch die Fotokathode in eine
große Zahl Fotoelektronen umgewandelt. Die Fotoelektronen werden durch eine an einen Spalt 3o von ungefähr o,2 mm
Breite anliegende Spannung von ungefähr 2oo V zur Eingangsseite des Mikrokanalplattenverstärkers (MCP) 2 5 hin beschleunigt, der im Beispielsfall mit inneren Kanaldurchmessern von 12 um und einem Verhältnis der Kanallänge
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zum Kanaldurchmesser von ungefähr·4o ausgebildet ist.
Wegen der dicht benachbarten Lage der Fotokatode 24 zur Eingangsseite des Mikrokanalplattenverstärkers 25 und
wegen des starken elektrischen Felds (Io V/cm), welches auf die Elektronen wirkt, ist auch hier wieder der Verlust
an. Auflösung minimal.
Um mit geringem Rauschen zu arbeiten und die Verunreinigung
der Fotokathode zu vermeiden, wird die große Oberfläche des MCP-Verstärkers 2 5 mit seinen Millionen Kanälen gründlich
entgast, bevor der Verstärkerbereich in einem hohen Vakuum von ungefähr Io torr abgeschlossen wird. Nachdem
der Verstärker insgesamt unter Vakuum isoliert worden ist, wird er nur noch als Einheit behandelt und benutzt.
Der MCP-Verstärker 2 5 wird mit 7oo bis looo V im ungesättigten
Setrieb und mit einer durchschnittlichen Elektronenverstärkung von ungefähr Io betrieben. Es sollte bemerkt
werden, daß beim Arbeiten im ungesättigten Betrieb mit Einzelelektroneneingängen der MCP-Verstärker mit geraden
Kanälen eine fast exponentielle Verstärkerverteilung hat. Diese Art der Verstärkerverteilung trägt zum Rauschfaktor
des entstehenden Bilds bei. Wenn jedoch der Eingang aus einer großen Zahl Elektronen besteht, wie dies im Falle
des Betriebs als LlXIscope geschieht, hat die Verstärkung die Tendenz, sich einem Durchschnittswert zu nähern, wodurch
die Bildqualität verbessert wird. Weil ausserdem jeder Röntgen- oder Gammastrahl eine große Zahl Fotoelektronen
erzeugt, ist die Wahrscheinlichkeit eines Informationsverlusts nach der anfänglichen Absorbtion im Konverter
fast Null.
An Stelle eines normalen MCP-Verstärkers 25 kann auch
ein doppelter MCP-Verstärker in V-förmiger Anordnung oder
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-JlAr-
ein einzelner MCP-Verstärker mit großen Längen- zu Durchmesser-Verhältnissen
mit gekrümmten Kanälen Verwendung finden, die beide den Zugewinn an Elektronen, d.h, die
Verstärkung auf Io bis Io vergrößern, verbunden mit einer
Verstärkerverteilung mit hoher Spitze und ohne Ionenrückkoppelung. Weiterhin können der oder die verwendeten MCP-Verstärker
vergrößerte Durchmesser oder Kanäle mit konischen Eingängen haben, um die inaktiven Bereiche, welche
gegenwärtig durch die Dicke der Kanalwände verursacht werden, kleinzuhalten.
Die Ausgangselektronen des MCP-Verstärkers 25 werden durch
ein Potential von ungefähr 5 bis 6 KV über einen Spalt von 1,3 mm Breite beschleunigt, wobei die Feldstärke unge-
fähr 4,6 χ Io V/cm beträgt, und treffen auf eine aluminierte
Fluoreszenzschicht 2 6 auf, die z.B. aus dem Material P-2o besteht, welches als Schicht auf der ausgangsseitigen
Faseroptikplatte 2 7 abgelagert ist. Die aluminierte Fluo resEnzschicht
verhindert, daß sichtbares Licht zur Fotokatode 24 zurückgeworfen wird. Das ausgangsseitige Fluo resaenzmaterial
kann ein beliebiger Leuchtstoff seins der
sichtbares Licht mit einer solchen Wellenlänge erzeugt und solange nachleuchtet, wie es in der betreffenden Anwendung
speziell gewünscht ist, wobei die Anforderungen, z-,,B. bei
der Aufzeichnung auf stehenden oder bewegten Film, bei der Direktbetrachtung mit oder ohne Bewegung oder bei Verwendung
von Abbildungsgeräten-, verschieden sein können. Auch die ausgangsseitige Faseroptikplatte 27 dient wieder als
Lichtleiter und erhält die Bildauflösung. Es sollte bemerkt werden, daß sowohl die eingangsseitige als auch die ausgangsseitige
Faseroptikplatte 23 bzw. 27 gleichzeitig zur Abdichtung des Vakuums im Verstärker dienen. Ausserdem
bringt die ausgangsseitige Faseroptikplatte 27 das endgültige verstärkte Bild in eine mit der rückseitigen Stirn-
809886/081«
fläche des Verstärkers zusammenfallende Ebene, wodurch die Kombination der neuen Vorrichtung mit irgendeinem Bildaufzeichnungsgerät,
wie z.B. Kameras, CCD-Geräten, TV-Aufnahmegeräten und dergleichen erleichtert wird.
Es sollte schließlich auch noch bemerkt werden, daß die beschriebenen eingangs- und ausgangsseitigen Faseroptikplatten
zwar bevorzugt aber nicht unbedingt funktionsnotwendig sind. Auch ebene dünne Glasplatten können verwendet
werden, nur sind sie sehr zerbrechliche
Das gezeigte Gehäuse 28 ist im Beispielsfall zylindrisch, und entsprechend sind auch die eingesetzten Teile und Elemente
zylindrisch. Die Faseroptikplatten 23, 27 dienen, wie vorstehend angemerkt, ausserdem zur Abdichtung des
Gehäuses, in dem die Fotokathode 2U9 der Mikrokanalplattenverstärker
25 und die Fluoreszenzschicht 26 unter hohem Vakuum gehalten werden. Der Konverter, bestehend aus dem
Lichtschirm 21 und Leuchtstoff- oder Scintillatormaterial 22, überdeckt das die Strahlung empfangende Ende des Gehäuses.
Der Konverter befindet sich jedoch auf der Außenseite des Gehäuses 28, dessen mit 29 bezeichneter Innenraum
evakuiert ist. Kontaktstifte 3 2S 339 34 und 35 stehen
vom Gehäuse 28 aus vor und stellen die elektrischen Anschlüsse für das LlXIscope dar, Typischerweise liegt die
Fotokatnode 24 an einem Potential von -2oo V8 die Eingangsseite des Mikrokanalplattenverstärkers 2 5 ist geerdet,
während seine Ausgangsseite auf 7oo bis looo V gehalten wird9 und die Fluoreszenzschicht 26 steht unter 5 bis 6 KV0
Figo 4 zeigt ein Blockschaltbild einer insgesamt mit 4o
bezeichneten Stromversorgung, die in Kombination mit
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dem beschriebenen LlXIscope benutzt werden kann. Dabei
sind zwei Antriebsketten vorgesehen, bestehend aus Reglern 41, 42, Hartley Oscillatoren 43, 44, die primärseitige
Spannung vergrößernden Transformatoren 45, 46 und Vervielfachem 47, 48. Eine Spannungsquelle 49, die tragbar
sein kann, versorgt die gesamte Einheit mit einer Spannung von 2 Dis 3 V. Ein Potentiometer 5o ist in Serie mit der
ausgangsseitigen Lumineszenzschicht 26 geschaltet. Da der Stromfluß nur sehr gering ist, bleibt die Spannung an der
Lumineszenzschicht im wesentlichen konstant. Veränderungen des Spannungsabfalls am Potentiometer werden jedoch an den
Hartley Oscillator 43 zurückgeleitet, um den MCP-Verstärkerausgang
zu ändern. Wenn z.B. während des Betriebs die ausgangsseitige fluoreszierende Schicht zu hell leuchtet,
wird der Spannungsabfall am Potentiometer 5o verhältnismäßig groß. Dieser Spannungsabfall wird über den automatischen
Helligkeits-Steuerkreis 51 an den Hartley Oscillator 43 zurückgeleitet, um dessen Ausgangsleistung zu
verringern. Daraus resultiert dann eine Verringerung der Ausgangsspannung des MCP-Verstärkers und dessen Verstärkerwirkung.
Durch Ermäßigung der Verstärkung des MCP-Verstärkers wird die fluoreszierende Schicht 26 weniger stark
erhellt und dadurch vor dem Verbrennen bewahrt. Die gesamte Stromversorgungseinheit kann in Sil-icongummi oder
ein ähnliches schützendes Material eingeschlossen werden, welches das LlXIscope umgibt.
Während das LlXIscope unter Ausnutzung aller seiner Vorzüge auch in Verbindung mit einer herkömmlichen Strahlenquelle
benutzt werden kann, die auf ein sehr niedriges Intensitätsniveau zurückgeregelt worden ist, besteht
auch die Möglichkeit der Verwendung in Verbindung mit einer eigenen kleinen Strahlenquelle. Diese Quelle kann
entweder vom LlXIscope unabhängig oder alternativ mechanisch
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mit diesem verbunden seine Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht
einer insgesamt mit 60 bezeichneten Ausführung eines LlXIscopes 6I9 welches mechanisch mit einer Strahlungsquelle
62 gekoppelt ist. Wie gezeigt, enthält die Strahlungsquelle ein radioaktives Isotop , könnte aber auch
ein Strahlungserzeuger sein. Die Strahlungsquelle 62 befindet sich in einem an einem Ende offenen Schwermetallzylinder
63, dessen Hauptachse als horizontal liegend dargestellt ist, Der Zylinder 63 wird durch einen drehbaren,
zylindrischen Strahlungschirm 64 aus Schwermetall umschlossen, dessen Hauptachse senkrecht liegt. Es ist
ein Handgriff 65 vorgesehen, der eine Batterie, einen Ein/Aus-Schalter und eine Verstärkersteuerung für das
LlXIscope enthalten kann. Die Strahlungsquelle wird durch einen starren Tragarm 66 mit Bezug auf das LlXIscope in
einer festen Position gehalten. Ein Ein/Aus-Schaltknopf 67 dient zur Steuerung der Stellung des Strahlungsschirms
64 mit Hilfe eines Stellantriebs 68. In der "Ein"-Stellung des Schaltknopfs 67 stellt sich der Strahlungschirm 64
so ein, daß sich seine öffnung 69 direkt in Flucht mit dem LlXIscope befindet, so daß das ganze Gerät betriebsbereit
ist. In der "Aus"-Stellung wird der Strahlungsschirm 64 in eine Stellung gedreht, in welcher die Öffnung
69 vom offenem Ende des Zylinders 6 3 wegbewegt ist, so daß keine Strahlung austritt. Diese Anordnung ist sicher
zu handhaben, denn die Strahlung wird nur dann, wenn es erforderlich ist, freigegeben, und die Strahlungsquelle
ist, wenn sie nicht abgeschirmt ist, immer auf das LlXIscope ausgerichtet.
Wegen der hohen Quantenverstärkung des LlXIscopes und der damit einhergehenden Reduzierung der Strahlungsdosis, welcher
der Patfent ausgesetzt ist, besteht bei bestimmten
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Anwendungen, wie ζ,B, bei der Bildschirmbeobachtung und
Radiographie im dentalen Bereich die Möglichkeit, die herkömmlichen Röntgenapparate durch radioaktive Strahlungsquellen, wie z.B. I125 (t 1/2 = 60 Tage), Cd109 (t 1/2
= 1,3 Jahre) oder Sn m (t 1/2 = 25o Tage) zu ersetzen. Dies sind Beispiele von Strahlungsquellen, welche Gammastrahlen
in dem für medizinische und zahnmedizinische .Anwendungen erforderlichen Energiebereich liefern. Solche
Strahlungsquellen, die zum LlXIscope passen, sind im Handel erhältlich mit einer Strahlungsaktivität im Bereich von
Io bis loo mC und mit der Geometrie einer punktförmigen
Strahlungsquelle, wie in Fig. 5 am Beispiel der Strahlungsquelle 62 allgemein gezeigt.
Es sollte bemerkt werden, daß das oben beschriebene LlXIscope in verschiedener Weise abgewandelt werden kann9
um seine Funktion,. z.B. hinsichtlich der Bildqualität, noch zu verbessern. Als mögliche Modifikationen seien
erwähnt: 1. die Benutzung eines Umwandlers (Konverters) für die Umwandlung einer Strahlung in sichtbares Licht
mit besonders hoher Auflösung, ζ «3, für spezielle Anwendungen, etwa in der Mammographie$ 2s die Verwendung von
Fotokathoden mit einer Empfindlichkeitskennlinie, welche auf die Wellenlänge des Umwandlers mit hoher Auflösung
abgestimmt ist; 3, die Benutzung von ausgangsseitigen
fluoreszierenden Schichten mit unterschiedlichen Nachleuchtzeiten
und Wellenlängen für spezielle Anwendungen und 4. der Einsatz verschiedener radioaktiver Quellen zur
Verwendung bei unterschiedlichen Anwendungen, gegebenenfalls in Kombination mit besonderen LIXIscope-Anordnungen.
Die beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, daß der
Informationsgehalt der einfallenden Strahlung erhalten
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bleibt, weil diese unmittelbar und nicht über ein störendes
Fenster auf den Konverter fällt« Gleichzeitig wird auch die hohe Quantenverstärkung des Verstärkers voll ge- nutzt.
Das LlXIscope kann leicht in einer robusten Ausführung
hergestellt werden, die es zur Verwendung im Feld und in Krankenhäusern geeignet macht. Dies ist möglich, weil
sich der Konverter außerhalb des Verstärkers befindet, und dennoch kann letzterer ohne irgendwelche zerbrechlichen
Fenster unter einem hohen Vakuum betrieben werden. Darüberhinaus wird durch die Anordnung des Konverters außerhalb
des Verstärkers das Problem der Verunreinigung der Fotokathode durch das Konvertermaterial vermieden. Schließlich
erlaubt diese Anordnung das leichte Auswechseln des Konverters für verschiedene Anwendungen.
Durch den Einsatz von Faseroptikplatten vermeidet man dünne und zerbrechliche Glasfenster ohne einen Verlust
in der Auflösung in Kauf nehmen zu müssen. Die flachen eingangs- und ausgangsseitigen Oberflächen des LlXIscopes
erlauben größtmöglichen und bei bestimmten Anordnungen direkten Kontakt sowohl mit dem Patienten wie auch mit
BildaufZeichnungsgeräten β Offensichtlich kann das vom
LlXIscope erzeugte Bild noch weiter verstärkt, vergrößert oder verkleinert werden. Das LlXIscope in Kombination mit
einer eigenen kleinen radioaktiven Strahlungsquelle stellt ein tragbares Gerät für Bildschirmuntersuchungen bzw, Bildschirmbeobachtungen
und die Radiographie dar mit Zugang auch zu bisher nur schwer ,zugänglichen Bereichen. Darüberhinaus
kann das LlXIscope mit einer eigenen Strahlungsquelle für geringe Strahlungsdosen in einer solchen Weise
betrieben werden, daß andere empfindliche Teile des Körpers, die nicht untersucht werden sollen, wesentlich
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geringer als bisher von der Strahlung getroffen werden. Da das LlXIscope eine so große Verstärkerwirkung hat und
deshalb die Verwendung von Strahlungsquellen mit extrem niedriger Intensität gestattet, können auch sich über
längere Zeit erstreckende Bildschirmbeobachtungen, wie z.B. bei Arbeiten am Wurzelkanal, ausgeführt werden, ohne
dabei Sicherheitsgrenzen der Dosierung zu überschreiten. Damit sind erstmals kontinuierliche, an Ort und Stelle
stattfindende, augeblickliche visuelle Beobachtungen des Operationsfortschritts möglich.
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Γ Ai.
Le e rs e ι te
Claims (22)
- Patentansprüche|l/ Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlung, z.B. Röntgen- oder Gamma-Strahlung, in sichtbares Licht und Verstärkung des Lichts mittels eines Mikrokanalplattenverstärkers, d a d u rch gekennzeichnet, daß zwischen dem die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnden Teil (22) und dem Lichtverstärker (24, 25, 26) ein diese trennender Lichtleiter (23) angeordnet ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß sie mechanisch mit einer Strahlungsquelle (62) verbunden ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u rch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle radioaktives Material enthält oder ein Strahlungserzeuger ist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, d adurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle(62) auf den die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnden Teil (22) ausgerichtet ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kenze ichnet, daß der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) für die Umwandlung einer Strahlung^bestehend aus Röntgenstrahlen, Gammastrahlen oder Korpuskul.-arstrahlen mit geladenen809886/0814ORlGmAL INSPECTEDoder ungeladenen Teilchen ausgelegt ist,
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) mechanisch mit dem Lichtverstärker verbunden ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) eine Schicht aus lumineszierendem Material ist,
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (23) aus einem Scintillatormaterial besteht.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht aus lumineszierendem Material für die hochwirksame Umwandlung von Röntgenstrahlen in sichtbares Licht ausgelegt ist.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Scintillatormaterial für die hochwirksame Umwandlung von Gammastrahlen in sichtbares Licht ausgelegt ist.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadu rch gekennzeichnet, daß das lumineszierende Material seltene Erden enthält oder aus 9o% Terbriumaktiviertem Gadolinium und lo% Lanthanoxysulfid bestehta
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge= kennzeichnet, daß das Scintillatormaterial6/0814aus der Stoffgruppe ausgewählt ist, welche Natriumjodid und Cäsiumjodid enthält.
- 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r ch gekennzeichnet, daß das Natriumiodid und das Cäsiumjodid durch Verunreinigungen aktiviert sind.
- If. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g ekennzeichnet, daß das Scintillatormaterial ein Kunststoff ist.
- 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e ke nnze ichnet, daß der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) durch einen Lichtschirm (21) überdeckt ist, welcher sichtbares Licht abhält, aber für Röntgen- und Gammastrahlen durchlässig ist.
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtverstärker (21, 25, 26) in einem evakuierten Hohlraum montiert ist, während sich der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) außerhalb dieses Hohlraums befindet.
- 17» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) durch einen Lichtleiter (23) der Faseroptik mit dem Lichtverstärker (21, 25, 26) gekoppelt ist.8 36/0814- -asr-
- 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, d adurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung in. sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) eine auf einem Lichtleiter (23) der Faseroptik aufgetragene Schicht aus lumineszierenden Material ist»
- 19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) mechanisch austauschbar mit dem Lichtverstärker verbunden ist.
- 20o Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung in sichtbares Licht umwandelnde Teil (22) aus auf einer Faseroptikplatte (23) aufgebrachtem lumineszierendem Material (22) besteht, wobei die Faseroptikplatte vom Lichtverstärker (245 2S8 26) unabhängig ist.
- 21. Vorrichtung nach Anspruch I9 dadurch g eken nzeichnetg daß der Mikrokanalplattenverstärker (25)aus zwei V-förmig angeordneten Verstärkern besteht.
- 22. Vorrichtung nach Anspruch I8 d ad u ~r e h gekennzeichnet, daß der Mikrokanalplattenverstärker (25) gekrümmte Kanäle aufweist»23« Vorrichtung nach Anspruch I8 dadurch g e kennzsiehnetj daß der Mikrokanalplatten·= verstärker Kanäle mit konischen Eingängen aufweist,.8 0 3 8 8 6 / 0 3 1
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