DE2951145C2 - Gerät zum Herstellen eines Bildes von durch ein Objekt differentiell absorbierter Strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Röntgenabbildungsradiographie und betrifft insbesondere ein neues Gerät zur Hochdruckgasionenflußelektroradiographie unter Verwendung einer direkten Ladungsablesung eines Ladungsbildes in einer geschlossenen Bestrahlungskammer.

Herkömmliche Röntgenabbildungstechniken, bei denen typischerweise ein Versiärkerriimsysiem benuizi wird, werden durch die Elektroradiographie ersetzt, bei der Röntgenstrahlen, die in einem untersuchten Objekt differentiell absorbiert werden, das Aufbringen eines elektrostatischen Ladungsbildes auf ein Isolierblatt zur späteren Entwicklung durch elektrophotographische Techniken verursachen. Das differentiell absorbierte Röntgenbild kann in bekannter Weise unter Verwen-

dung von Hochdruckgasen, wie Xenon, Krypton und Freon 13 B 1 (CBrF₃, Warenzeichen der Kinetic Chemicals Inc.), als Material zur Umwandlung von Strahlung in Ladung in ein elektrostatisches Ladungsbild umgewandelt werden. Ein Gerät zum Herstellen von Radiogrammen unter Verwendung einer Ionenflußelektronenradiographietechnik bildet den Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 36 972.0, für die die Priorität der US-Patentanmeldung 9 42 548 vom 15. September 1978 in Anspruch genommen worden ist und auf die hier Bezug genommen wird. Bei dem in der vorgenannten älteren deutschen Patentanmeldung vorgeschlagenen Gerät tritt die differentieil absorbierte Röntgenstrahlung über eine obere Elektrode in eine Bestrahlungskammer ein und wird in einem gasförmigen oder flüssigen Umwandlungsmaterial in elektrische Ladung umgewandelt Die sich ergebende Ladung wird unter dem Einfluß eines elektrostatischen Feldes auf der Oberfläche einer Isolierschicht, die auf einem leitenden Gitter aufgebracht ist, gesammelt Das das Ladungsbild tragende Gittergebilde wird in eine benachbarte Entwicklungskammer bewegt, in der Ionen durch das Gittergebilde hindurch zu einer mit Abstand von dem Isolierschichtteil des Gittergebildes angeordneten Elektrode projiziert werden, um auf ein durch die Elektrode gehaltenes dielektrisches Blatt ein Ionenbild aufzubringen. Das Gittergebilde wird zurück in die Abbildungskammer bewegt, die anschließend in Vorbereitung auf eine folgende Röntgenbestrahlung mit dem Umwandlungsmaterial gefüllt wird. Der dielektrische Film, der das das Bild bildende Ladungsmuster empfangen hat, wird aus der Entwicklungskammer entfernt, um anschließend unter Verwendung von elektrophotographischen Techniken entwickelt zu werden. Das Einführen und Herausnehmen des das Bild empfangenden dielekfrischen Films in die beziehungsweise aus den Kammern, welche das Hochdruckgas enthalten, ist schwierig, wenn verhindert werden soll, daß von dem teuren Umwandiungsgas eine gewisse Menge verlorengeht. Demgemäß ist ein Gerät äußerst erwünscht, die das direkte Ablesen des das Bildes bildenden Ladungsmusters in einer geschlossenen Kammer gestatten, die ein Hochdruckgas zum Umwandeln von Röntgenstrahlung in elektrostatische Ladung enthält und nie geöffnet zu werden braucht, so daß das teuere Umwandlungsgas nicht verloren geht.

Gemäß der Erfindung enthält ein Gerät für die direkte Ladungsablesung eines Ladungsbildes, das in einer auf differentieil absorbierte Strahlung ansprechenden Hochdruckgaskammer gebildet worden ist, ein hohles Teil mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Kammer. Das hohle Teil hat eine leitende vordere Elektrode und ein isolierendes hinteres Teil in den Bereichen der ersten und der zweiten Kammer, sowie ein leitendes hinteres Teil in dem Bereich der dritten Kammer, die alle miteinander gasdicht verschlossen sind. Ein leitendes Gitter, welches einen Isolierfilm trägt, ist von einem Strahlungsumwandlungsgas umgeben, damit ein Ladungsbild eines zu untersuchenden Objekts während der Bestrahlung auf die Oberfläche der Isolierschicht aufgebracht wird. Nach der Bestrahlung wird das das Ladungsbild tragende Gittergebilde durch die zweite Kammer und zwischen einer Ionenprojektionsquelie und einer linearen Detektorkette oder -anordnung (Detektorarray) hindurch in die untere Kammer verschoben. Die zu der Detektorkette projizierten Ionen werden durch das Ladungsmuster auf dem dazwischenliegenden Gittergebilde moduliert, wodurch ein Signal aus jedem Element der Detektorkette gewonnen wird, das der Ladung entspricht die auf der Oberfläche jeder »Insel« von Isoliermaterial des Gittergebildes enthalten ist das dann in die Stellung zwischen der Ionenquelle und einem augeordneten Element der Detektorkette bewegt ist Es wird somit ein Signalmuster erzielt das in direkter Beziehung zu der Ladungsgröße des Bilder steht.

Mehrere AusführungsbeispieJe der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht eines Gerätes zur direkten Ladungsablesung eines Ladungsbildes, das in einer dauerhaft verschlossenen Hochdruckgaskammer gebildet worden ist sowie die Prinzipien de Erfindung,

Fig. la eine Schnittseitenansicht der Elemente zur Ionenprojektion und zur direkten Ladungsablesung in der mittleren Kammer des Gerätes von F i g. 1,

F i g. 1 b eine Vorderansicht einer Detektorkette in Richtung von Pfeilen ib-ib von F i g. 1 a, und

Fig. Ic eine Schnittseitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Detektorkette.

Gemäß den F i g. 1, la und Ib enthält ein Gerät 10 für die direkte Ladungsablesung eines elektrostatischen, strahlungsempfindlichen Bildes ein hohles Teil 11 mit einer vorderen Elektrode 12, die dauerhaft verschlossen an einem hinteren Teil 14 angebracht ist, welches einen oberen isolierenden Teil 15 einen unteren leitenden Teil 16 aufweist Der obere isolierende Teil 15 hat einen isolierenden Seitenteil 15a, der dauerhaft gasdicht verschlossen an einem Ende 12a der vorderen Elektrode angebracht ist während der untere leitende hintere Teil 16 einen leitenden Seitenteil 16a hat, der dauerhaft gasdicht verschlossen an dem entgegengesetzten Ende 126 der leitenden vorderen Elektrode 12 angebracht ist. Die Seiten der Kammer (nicht gezeigt) sind aus Teilen des isolierenden oberen hinteren Teils 14 und des leitenden unteren hinteren Teils 16 gebildet die sich zu den Rändern der vorderen Elektrode 12 erstrecken und an dieser dauerhaft gasdicht befestigt sind. Die vordere Elektrode 12 hat einen oberen ebenen Teil 18, welcher mit einem im Querschnitt insgesamt U-förmigen Mittelteil 19 integral verbunden ist. Der Mittelteil 19 hat zwei im wesentlichen parallele Seitenwände 19a und 196, die von einem Endteil 19c ausgehen, der sich mit Abstand insgesamt parallel zu der Ebene des oberen Elektrodenteils 18 erstreckt und mit Abstand von diesem in Richtung von dem hinteren Teil 14 weg angeordnet ist. Das Ende der Mittelteilwand 19a, das am weitesten von der Endwand 19c entfernt ist ist mit dem oberen vorderen Elektrodenteil 18 integral verbunden. Das Ende der Mittelteilseitenwand 196 das am weitesten von der Endwand 19c entfernt ist, ist mit einem unteren Elektrodenteil 29 integral verbunden, der eine insgesamt ebene Form hat und koplanar zu dem oberen Elektrodenteil 18 angeordnet ist Es ist somit zu erkennen, daß das hohle Teil 11 in eine erste oder obere Kammer 11a, die durch den oberen Teil 18 der oberen Elektrode und den isolierenden hinteren Elektrodenteil 15 begrenz wird, eine zweite oder mittlere Kammer 11 b, die durch den Mittelteil 19 der vorderen Elektrode und den isolierenden hinteren Elektrodenteil 15 begrenzt wird, und eine dritte oder untere Kammer lic unterteilt ist, die durch den untersn vorderen Elektrodenteil 20 und den leitenden unteren hinteren Teil 16 begrenzt wird. Die drei in Verbindung miteinander stehenden Kammern 11a, 116 und lic sind mit einem gasförmigen Material 25 gefüllt, das durch die Eigenschaft gekennzeichnet ist, innerhalb des

Gases absorbierte Strahlungsquanten in geladene Teilchen umzuwandeln. Das Gas 25 kann Xenon, Krypton, Freon 13 B 1 und dgl. sein, das in die miteinander in Verbindung stehenden Kammern des hohlen Teils unter relativ hohem Druck, typischerweise in der Größenordnung von zehn Atmosphären, eingeleitet wird und darin im wesentlichen dauerhaft eingeschlossen wird.

In den isolierenden oberen hinteren Teil 15 ist ein Widerstandsteil 30 eingebettet, das eine im wesentlichen ebene vordere Fläche 30a hat, die zu dem ebenen oberen vorderen Elektrodenteil 18 im wesentlichen parallel ist, und eine gekrümmte hintere Fläche 30fe. Ein elektrischer Kontakt 30c ist in der Mitte der gekrümmten hinteren Fläche 30i> angeordnet. Eine ringförmige Elektrode 32 ist auf dem Umfang der vorderen Fläche 30a des Widersiandsteiis angeordnet und mit einer gemeinsamen Klemme 35a eines zweipoligen Umschalters 35 verbunden, dessen andere gemeinsame Klemme 35b mit dem Widerstandsteilkontakt 30c verbunden ist. In einer ersten Stellung ist die Schalterklemme 356 mit einer ersten wählbaren Ausgangsklemme 35c verbunden, die mit elektrischem Massepotential verbunden ist, während die gemeinsame Klemme 35a mit einer ersten wählbaren Ausgangsklemme 35c/ verbunden ist, was eine Stromkreisunterbrechung ergibt. In der anderen Schalterstellung ist die gemeinsame Klemme 356 des Schalters mit einer zweiten wählbaren Ausgangsklemme 35e verbunden, die ein positives Potential von V₀ Volt gegen Masse hat, welches ihr von einer ersten Potentialquelle 37 geliefert wird, die zwischen die Schalterklemme 35e und die elektrische Masse 38 geschallet ist. Die Schalterklemme 35a ist in der zweiten Schalterstellung mit einem zweiten wählbaren Ausgangskontakt 35/ verbunden. Eine zweite Quelle 39 elektrischen Potentials ist zwischen die Schalterklemmen geschaltet, wodurch sich die Schalterklemme 35/ auf einem positiven Potential von V\ Volt befindet, das größer als das Potential an der Schalterklemme 35eist.

Ein Gittergebilde 40 weist ein leitendes Gitter 42 auf, welches mit einer Vielzahl von mikroskopisch kleinen Durchgangslöchern 44 versehen ist. Eine Schicht 46 aus Isoliermaterial ist auf den massiven Teilen des Gitters 42 hergestellt wodurch sich die Vielzahl der Löcher 44 deckend durch das Gitter und die Isolierschicht des Gittergebildes 40 erstreckt. Das Gittergebilde wird am Anfang in der oberen Kammer 1 la so angeordnet, daß sich das leitende Gitter 42 dem vorderen oberen Elektrodenteil 18 am nächsten befindet und dabei von diesem isoliert und zu diesem parallel ist. Das Gittergebilde wird so angeordnet, daß es, wenn es sich in der oberen Kammer befindet, Abstand sowohl von dem vorderen oberen Elektrodenteil 18 als auch von der ebenen vorderen Fläche 14a des hinteren Teils hat Das Gittergebilde ist in der Richtung des Pfeils A durch die zentrale Kammer 11 b hindurch in die untere Kammer lic bewegbar.

Ein einpoliger Umschalter 50 ist über seine gemeinsame Klemme 50a mit dem leitenden Gitter 42 verbunden und hat eine wählbare Ausgangsklemme 506, die mit der leitenden vorderen Elektrode 12 und mit der elektrischen Masse 38 verbunden ist Die andere wählbare Ausgangsklemme 50c ist mit einer dritten Potentialquelle 52 verbunden, die an der Schalterklemme 50c ein positives Potential der Größe V2 aufbaut

Typischerweise liegt die Spaltbreite G zwischen den Stirnflächen des oberen vorderen Elektrodenteils 18 und der Räche 14a des hinteren isolierenden Teils in der Größenordnung von einem Zentimeter, wobei das Metallgitter 42 und die Isolierschicht 46 Dicken T\ bzw. T₂ zwischen etwa 2 μηι und etwa 100 μίτι haben. Typischerweise wird das Metallgitter zwischen etwa 40 und 800 Zeilen- oder Linienpaare pro Zentimeter haben, wobei die Größe der Löcher 44 so gewählt ist, daß sich eine Gitterdurchlässigkeit zwischen etwa 20% und 80% ergibt. Das Gitter wird vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt, das eine relativ hohe Festigkeit hat und Kupfer, Nickel, Eisen oder Chrom sein kann. Metallegierungen, wie rostfreier Stahl und dgl., sowie andere elektrisch leitende oder halbleitende Materialien können für das Gitter benutzt werden, so lange der spezifische Widerstand des elektrisch leitenden Gittermaterials kleiner als etwa 10⁹QcIn ist. Das Material der Isolierschicht 46 kann ein anorganisches Material wie Siliciumdioxid oder Glas sein, oder ein organisches Material, wie Polystyrol, Polyesterharze, Polypropylenharze, Polycarbonatharze, Acrylharze, Vinylharze, Epoxidharze, Polyäthylenterephthalat- und Polyfluoridharze und Polydiphenylsiloxan. Ähnliche Materialien können benutzt werden, solange der spezifische Widerstand der Isolierschicht 46 größer als etwa 5 · 10¹⁵ Ω cm ist Die Abmessungen des planaren Gitters werden durch die zu benutzende Bestrahlungsgröße bestimmt. Wenn das Gerät 10 zum Erzielen eines Bildes der menschlichen Brust benutzt werden soll, wobei die Bilder ein in etwa standardisiertes Format von 45 cm Höhe und 36 cm Breite haben, ist daher die Länge L des oberen vorderen Elektrodenteils 18 ungefähr gleich der Bildhöhe von 45 cm, während die Länge des Gittergebildes 40 in derselben Richtung ungefähr gleich, aber niemals kleiner als die Abmessung L ist. Ebenso beträgt die Abmessung des oberen vorderen Elektrodenteils 18 und des Gittergebildes 40 in der Richtung in die Zeichenebene hinein und aus dieser heraus wenigstens 36 cm, damit die Breite von 36 cm des Bildes erzielt werden kann.

Selbstverständlich kann für das Gittergebilde auch eine gewebte Drahtunterlage oder eine durchlöcherte Metallschicht benutzt werden, auf der die Isolierschicht durch Aufsprühen oder durch Vakuumabscheidung hergestellt werden kann, je nach dem gewählten Isoliermaterial. Typischerweise hat das Gitter zwischen etwa 40 und 800 Stränge pro Zentimeter, bei einer Durchlässigkeit der offenen Löcher zwischen etwa 20% und etwa 80%. Das Gitter ist typischerweise zwischen etwa 2 μπι und 100 μπι dick.

Das Gerät 10 hat außerdem einen Antrieb 60 (F i g. 1 a) zum linearen Verschieben des Gittergebildes 40 in der Richtung des Pfeiles A zwischen seiner Ausgangsstellung in der oberen Kammer 11a linear und in der Ebene des Gittergebildes durch die mittlere Kammer 116 hindurch in eine vorübergehende Ruhestellung (in F i g. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt) in der unteren Kammer lic Der Antrieb bringt auch das Gittergebilde aus der unteren Kammer lic durch die mittlere Kammer Wb hindurch in die Anfangsgittergebildestellung in der oberen Kammer 11a zurück. Der Antrieb 60 kann eine elektrische Antriebsvorrichtung sein, die innerhalb des hohlen Teils 11 verschlossen angeordnet ist oder die Verschiebebewegung des Gittergebildes 40 kann durch magnetische Kopplung des relativ leichten Gittergebildes mit einer magnetischen Koppelvorrichtung, die außerhalb des hohlen Teils It angeordnet ist erfolgen.

Eine Quelle 65 für Ionen 66 ist in dem im Querschnitt insgesamt U-förmigen Ansatz 19 der mittleren Kammer 116 angeordnet Vorzugsweise ist die Quelle 65 ein Corotron mit einem Gehäuse 68, das in die Zeichenebene

hinein und aus derselben heraus verlängert ist und einen insgesamt halbkreisförmigen Querschnitt hat, wobei die ebene Fläche 68a desselben der Rückseite des Teils zugewandt ist und wobei in dieser Fläche eine Schlitzöffnung 69 gebildet ist, die sich in die Zeichenebene hinein und aus derselben heraus erstreckt. In dem Raum des Teils 68 ist ein gespannter, langgestreckter Koronadraht 70 angeordnet, der sich parallel zu der Schlitzöffnung 69 erstreckt. Der Koronadraht 70 ist mit einem Schalter 75 verbunden, damit an den Koronadraht wahlweise ein positives Potential der Größe V3 Volt gegen das elektrische Massepotential 38 von einer vierten Potentialquelle 77 angelegt werden kann.

Eine lineare Kette oder Anordnung (Array) 80 von Detektoren 82 ist neben der Fläche 14a des hinteren Isoüerteils 14, der die Rückwand der mittleren Kammer üb bildet, angeordnet. Die Detektorkette ist ein langgestrecktes, eindimensionales Array, das sich in die Zeichenebene hinein und aus derselben heraus erstreckt. Die Längsabmessung Wder Kette (Fig. Ib) ist wenigstens so groß wie die Breite des zu erzeugenden Bildes, beispielsweise wenigstens 36 cm für eine Bruströntgenaufnahme mit einer Breite von 36 cm. Jedes einzelne Detektorelement 82 der Kette 80 hat eine Detektorsonde 85 aus einem flachen, elektrisch leitenden Teil, das parallel zu der Ebene der Verschiebungsrichtung A angeordnet ist. Die lineare Kette der Detektorsonden 85a—85p ist koplanar und auf einem Teil 87 aus Isoliermaterial angebracht. Die Sondenelektroden 85 und das Isolierteil 87 haben eine Höhe Wund die Sondenelektroden haben eine Breite /, wobei sowohl H als auch / durch die geforderte Auflösung festgelegt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Detektorsonden im wesentlichen quadratisch und haben gleiche Höhen und Breiten von etwa 0,015 cm. Die einzelnen Detektorsonden sind voneinander isoliert, weil zwischen benachbarten Rändern von benachbarten Detektorsonden ein Abstand 5 vorhanden ist, der im allgemeinen kleiner als die Breite /jeder Detektorsonde ist Eine von zwei langgestreckten, elektrisch leitenden Schutzplatten 89a und 896 ist oberhalb bzw. unterhalb des die Sonden tragenden Isoüerteils 87 angeordnet. Zum Vermeiden eines möglichen Ladungsaufbaus entweder zwischen benachbarten Detektorsonden 82 der in einer linearen Kette angeordneten Detektorsonden oder zwischen den Detektorsonden und den Schutzplatten ragen die Detektorsonden entweder vor die koplanaren Schutzplatten um eine Strecke χ(F i g. la) vor oder sind vertieft hinter den parallelen und koplanaren Schutzplatten 89a'und 896'um eine Strecke x-'(Fi g. Ic) angeordnet Wenn die Detektorsonden 85 vertieft hinter den Schutzplatten angeordnet sind, kann das Isolierteil 87' verlängert sein, um die Schutzplatte von hinten her abzustützen, statt von den Seiten her, wie in F i g. 1 a. Die Strecke χ oder x', um die die Detektorsonden 85 über die Ebene der Schutzplatten vorstehen oder gegenüber dieser zurückgesetzt sind, wird im Vergleich zu der Strecke Dz zwischen der Ebene des Gittergebildes, während dieses an der Detektorkette vorbeigeschoben wird, und der Ebene der Detektorsonde relativ klein sein. Wenn der Koronadraht 70 der Ionenquelle 65 einen Abstand D\ von vorzugsweise etwa 3,75 cm von der Translationsebene des Gittergebildes hat, wird die Detektorsondenebene typischerweise einen Abstand Eh in der Größenordnung von 0,2 cm von der Gittergebildetranslationsebene haben. Beide Schutzplatten 89a und 89i> (und auch die Platten 89a'und 89£'der Ausführungsform von Fi g. Ic mit den zurückgesetzten Sonden) sind mit dem elektrischen Massepotential verbunden. Die Detektorsonden 85a—85p haben jeweils eine getrennte Zuleitung 90a— 90p zum Verbinden der Detektorsonde mit einem Eingang 92a eines zugeordneten Verstärkers einer Vielzahl von Strommeßoperationsverstärkern 92 (Fig. 1). Die andere Eingangsieitung 926 jedes Operationsverstärkers ist mit Masse 38 verbunden und der Operationsverstärkerausgang 92c ist über eine elektrische Parallelschaltung eines Rückkopplungswiderstandes Rr und eines Rückkopplungskondensators Q mit dem Eingang 92a verbunden, der mit der zugeordneten Detektorsonde 85 verbunden ist. Typischerweise hat der Widerstand Rr einen Wert von etwa 10 M Ω und der Verstärker 92 ist ein Operationsverstärker, wie beispielsweise der Typ LF 356 H der National Semiconductor Corp. Eine Ausgangssignalschaltung E_aus erscheint an dem Ausgang 92c jedes Operationsverstärkers und die Größe dieser Spannung entspricht der Ladungsmenge, die auf der zugeordneten Detektorsonde der Detektorsonden 85a—85p empfangen worden ist. Es ist klar, daß andere Schaltungsanordnungen einschließlich integrierter Schaltungen in gleicher Weise zum Messen des Ionenstroms benutzt werden können.
Im Betrieb wird ein zu untersuchendes Objekt 100 zwischen der oberen vorderen Elektrode 18 und einer Strahlungsquelle 102 angeordnet. Typischerweise ist die Quelle 102 eine Röntgenröhre und kann als eine Punktquelle für Röntgenstrahlen 104, die zu dem Objekt 100 und zu dem hohlen Teil 11 hin divergieren, angesehen werden. Ein Teil der Röntgenstrahlen 104 geht außen an den Grenzen des Objekts 100 vorbei und gelangt ohne Dämpfung auf den oberen vorderen Elektrodenteil 18. Andere Röntgenquanten 104 gehen durch das Objekt 100 hindurch und werden bis zu einem größeren oder geringeren Grad absorbiert, je nach der Dicke und der Dichte des Objektteils, durch den die Quanten hindurchgehen. Es ist zu erkennen, daß die Röntgenstrahlen, die durch einen relativ dünnen Teil 100a des Objekts hindurchgehen, bei ihrer Ankunft an dem oberen vorderen Eiektrodenteil 18 im Vergleich zu der Dämpfung von Röntgenquanten, die durch einen relativ dicken und/ oder dichten Teil 100ό des zu untersuchenden Objekts hindurchgehen, relativ wenig gedämpft sind. Zu Erläuterungszwecken wird angenommen, daß sämtliche Röntgenquanten, die auf den Objekttci! lOOZ? auftreffen, darin absorbiert werden, wodurch keine Strahlung den Bereich des oberen vorderen Elektrodenteils 18 erreicht, der durch den Objektteil 100 abgeschattet ist
Die differentiell absorbierte Strahlung geht durch den oberen vorderen Elektrodenteil 18 hindurch, der aus einem Element mit niedriger Atomzahl hergestellt ist, wie Aluminium und dgl., um die Röntgenabsorption darin zu verringern. Die differentiell absorbierte Strahlung geht durch das Gittergebilde hindurch und die Strahlungsquanten dringen in das Gas der Kammer 11a ein. Das Gas, das Xenon mit einem Druck von 10 Atmosphären sein kann, bei einem Spalt G von 1 cm, absorbiert die Strahlungsquanten und emittiert geladene Teilchen, wie negativ geladene Elektronen 106 und positiv geladene Ionen 107, auf die Absorption von Strahlungsquanten hin.

Vor dem Beginn der Röntgenbestrahlung ist der Schalter 50 so eingestellt worden, daß die an Masse liegende Klemme 506 mit dem elektrisch leitenden Gitter 42 des Gittergebildes verbunden ist, wodurch das Gitter auf Massepotential liegt

Der Schalter 35 ist so eingestellt worden, daß die Potentialquelle 37 mit dem Widerstandsteilkontakt 30c

verbunden ist und daß die Potentialquelle 39 zwischen dem ringförmigen Kontaktring 32 und dem Widerstandsteilkontakt 30c liegt. Das Widerstandsteil 30 bildet in Verbindung mit seiner ringförmigen Elektrode 32 und den Potentialquellen 37 und 39 konzentrische kreisförmige Äquipotentialringe auf der Fläche 30a des Widerstandsteils 30, so daß ein elektrisches Feld E aufgebaut wird, das von dem Widerstandsteil 30 zu dem Gittergebilde 40 gerichtet ist und zu der Strahlungsquelle 102 hin konvergiert. Das Feld £bewirkt, daß sich positive Ionen 107 zu der Isolierschicht 46 bewegen und auf dieser gesammelt werden. Es ist klar, daß negative Ionen 106 in gleicher Weise benutzt werden können, wenn die Polarität sämtlicher Potentialquellen 37,39,52 und 77 umgekehrt wird. Die Bildung von konzentrischen kreisförmigen Äquipotentialringen ist notwendig, um eine geometrische Unscharfe zu eliminieren, die durch den Hochdruckgasspalt verursacht wird, und um zu gewährleisten, daß die Ionen 107 Ladungs-»Inseln« auf der Isolierschicht in Positionen schaffen, die in Beziehung zu den Positionen der Merkmale des zu untersuchenden Objekts stehen. Die an dem Rückteil befestigte Vorrichtung zum Erzeugen der konzentrischen kreisförmigen Äquipotentialringe kann den in der eingangs erwähnten älteren deutschen Patentanmeldung vorgeschlagenen Aufbau haben oder von dem in den US-PS 38 59 529, 39 27 322 oder 39 61 192 beschriebenen Typs sein.

Die geladenen Teilchen, die auf die Absorption der Strahlung hin erzeugt werden, werden auf der Isolierschicht 46 des Gittergebildes in Mustern gesammelt, die die Strahlungsabsorptionseigenschaften des untersuchten Objekts 100 wiedergeben. Diejenigen Röntgenquanten 104, die an den Grenzen des Objekts vorbeigehen, werden nicht gedämpft und erzeugen eine relativ große Anzahl von Ladungen auf der Isolierschichtoberfläche, z. B. in Ladungs-»Inseln« 46a. Die Röntgenquanten, die durch den Objektabschnitt 100a hindurchgehen, werden etwas, aber nicht vollständig, gedämpft und erzeugen entsprechend kleinere Ladungsmengen, die auf anderen Teilen (oder »Inseln«) der Isolierschicht gesammelt werden, z. B. in Ladungs-» Inseln« 466. Von den Röntgenquanten, die durch den Objektabschnitt 1006 hindurchgehen, wird angenommen, daß sie vollständig absorbiert werden, so daß sie dementsprechend keine Ladungsteilchen erzeugen, die auf denjenigen Teilen der Gittergebildeisolierschicht, z. B. ungeladenen »Inseln« 46c, gesammelt werden, welche durch den Objektabschnitt 1006 abgeschattet sind. Zur Veranschaulichung sei angegeben, daß für eine 1 Milliröntgen-Bestrahlung mit 60 keV-Röntgenstrahlen die mittlere Ladungsdichte, des Ladungsbildes auf der Oberfläche der Isolierschicht des Gittergebildes in der Größenordnung von 3 nC/cm² liegt Die maximale Ladungsdichte des Bildes befindet sich in denjenigen Ladungsinseln 46a, die die ungedämpten Röntgenstrahlen empfangen, und beträgt etwa 5,4 nC/cm². Die minimale Ladungsdichte des Ladungsbildes befindet sich in denjenigen Ladungsinseln 46c, die frei von Ladung sind, und liegt in der Größenordnung von 0,6 nC/cm².

Nach Beendigung des Aufbringens des Ladungsbildes auf das Gittergebilde 40 durch die Röntgenbestrahlung wird die Röntgenquelle abgeschaltet und die Schalter 35 und 50 werden in ihre anderen Stellungen verstellt, der Widerstandsteilmittenkontakt 30c wird über die Schalterklemmen 356 und 35c an Masse gelegt, während an der ringförmigen hinteren Elektrode 30a durch die Verbindung der Schalterklemme 35a mit der Klemme 35d eine Stromkreisunterbrechung hergestellt wird, und die gemeinsame Schalterklemme 50a wird mit der Schalterausgangsklemme 50 verbunden. Die Frontelektrode 12 wird von dem elektrisch leitenden Gitter 42 des Gittergebildes isoliert. Während dieses Vorgangs bewirkt die Änderung des elektrischen Feldes, die durch die konzentrische Ringänderung in dem Potential der Elektrodenfläche 30a verursacht wird, daß die durch den gasgefüllten Spalt verursachte Ladungsverzerrung kompensiert wird.

Das das Ladungsbild tragende Gittergebilde wird nun linear abwärts in der Richtung des Pfeils A verschoben. Jede Zeile oder Linie der Ladungsinseln, die durch eine Zeile oder Linie der Isolierschichtteile gebildet wird, welche sich in die Zeichenebene hinein und aus derselben heraus erstreckt, geht gleichzeitig zwischen der lonenprojektionsquelle 65, die sich linear in die Zeichenebene und aus derselben heraus erstreckt, und der linearen Kette 80 der Detektoren 82 hindurch. Ionen 66, die die gleiche Polarität wie die geladenen Teilchen 107 haben, weiche auf der Isolierschicht 46 des Gittergebildes gesammelt werden, werden von der Ionenquelle zu dem sich vorbeibewegenden Gittergebilde projiziert. Der Ionenstrom ist in der Zeichenebene relativ schmal und erstreckt sich in die Zeichenebene hinein und aus derselben heraus. Wenn der Ionenstrom auf die massiven Teile des Gitters 42 auftrifft, werden die Ionen durch das elektrisch leitende Gitter gesammelt. Wenn Ionen 66 auf eine der Zeilen von Gitteröffnungen 44 auftreffen, die dann zwischen dem Ionenquellenschlitz 69 und der Zeile der Detektoren 82 angeordnet sind, wird die Größe des durch die Gittergebildeöffnungen hindurchgehenden Ionenstroms durch die Größe der Ladung in den Ladungsinseln gesteuert, die jede öffnung umgeben, durch die der Ionenstrom hindurchgeht. Wenn der Ionenstrom durch eine der öffnungen 44 hindurchgeht, die durch die Ladungsinsel 46a mit relativ großer Ladung begrenzt ist, gestattet die Abstoßung gleicher Ladungen zwischen den posivitiv geladenen Ionen 66 und den positiven Ladungen der Inseln 46a einen relativ kleinen Fluß von Ionen 66 durch diese Gitteröffnung 44, wodurch die an der zugeordneten Detektorsonde 82 empfangene Ladungsmenge relativ klein ist und bewirkt, daß die Sondenausgangsspannung E_aus relativ niedrig ist Wenn sich das Gittergebilde 40 in der Richtung des Pfeils A nach unten bewegt hat, um Ionen 66 zu gestatten, sich durch diejenigen Gitteröffnungen 44 hindurchzubewegen, die durch andere Ladungsinseln 46c begrenzt sind, welche eine kleine oder keine Ladung haben, gibt es eine wesentlich geringere Abstoßung gleicher Ladungen und sämtliche geladenen Teilchen 66, die in die öffnung 44 eindringen, gehen durch diese hindurch und treffen auf die zugeordnete Detektorsonde 82 auf, so daß der Wert der Detektorausgangsspannung Eaus relativ groß ist Wenn das Gittergebilde 40 weiter nach unten bewegt wird, treten die projezierten Ionen 66 in andere öffnungen 44 ein, welche durch Inseln 466 begrenzt sind, welche eine die Gitteröffnung umgebende geringe Ladung haben. Die Wechselwirkung zwischen Ladungen gleicher Polarität ist relativ schwach und ein Teil des Stroms von geladenen Teilchen wird durch diese öffnungen in dem Gittergebilde hindurch zu einer zugeordneten Detektorsonde geschickt, um eine mäßige (mittlere) Ausgangsspannung an der Verstärkerausgangsklemme 92c zu erzeugen. Der Strom aus einer Detektorsonde 82 und somit die zugeordnete Verstärkerausgangsspannung wird durch die Größe der geladenen Teilchen moduliert die auf der Gitergebildeisolierschicht 46 auf die Absorption von

Strahlungsquanten in dem zu untersuchenden Objekt hin aufgebracht werden. Die Ausgangssignale von sämtlichen Detektorsonde-Verstärker-Kombinationen sind demgemäß gleichzeitig zur Speicherung und/oder Anzeige einer Zeile des auf Strahlung ansprechenden Bildes verfügbar, das aus einer Vielzahl von Zeilen besteht, die gleich der Vielzahl der Zeilen von Öffnungen in dem Gittergebilde 40 ist.

Das Gittergebilde wird weiter nach unten bewegt, bis das gesamte Gittergebilde in die untere Kammer lic eingetreten ist und zwischen der Ionenquelle 65 und der Detektorkette 80 hindurchgegangen ist, woraufhin das gesamte Ladungsbild, das auf der Isolierschicht des Gittergebilde gespeichert ist, durch Ionenstromabfragung und Umwandlung in einen Detektorstrom abgelesen worden ist. Die lonenprojektionscinrichtung wird entregt, indem der Schalter 75 geöffnet wird, und das Gittergebilde 40 wird linear aufwärts in seine Ausgangsruhestellung in der Kammer 11a bewegt, um es für die nächste Bestrahlung vorzubereiten. Das vorherige Bild kann gelöscht werden, indem die obere Kammer Röntgenstrahlen 104 ausgesetzt wird, ohne daß ein Objekt oder ein zu untersuchender Patient 100 vorhanden ist, um Ionen und Elektronen in dem Hochdruckgas 25 zu erzeugen, welche das vorherige Ladungsbild zerstören. Das wird erreicht, während das Gittergebilde auf Massepotential gehalten wird. Stattdessen kann jedes andere Verfahren, das eine neutralisierende Ladung auf der Isolierschicht des Gitterbildes erzeugt, benutzt werden, um das Bild zu löschen und die Schicht auf die nächste radiologische Untersuchung vorzubereiten.

Das sich ergebende elektrische Signalmuster, das durch die direkte Ladungsablesung des Ladungsbildes erzeugt wird, hat eine Gesamtauflösung von etwa sieben Zeilenpaaren pro Millimeter aufgrund der Gittergebildeauflösung von etwa 40 Zeilenpaaren pro Millimeter, der Auflösung aufgrund des Sammelns von positiven Ionen von etwa 10 Zeilenpaaren pro Millimeter und der Ionenprojektionsauflösung von etwa 40 Zeilenpaaren pro Millimeter. Diese Auflösung ist für die Untersuchung von menschlichen Patienten ausreichend, insbesondere bei der erwünschten maximalen Strahlendosis von 1 Milliröntgen. Dieses vorteilhafte Ergebnis wird mit dem Gerät 10 erzielt, das im wesentlichen ständig verschlossen bleibt, wodurch das relativ teuere Umwandlungsgas 25 nicht in die Bestrahlungskammer hinein- und aus derselben herausbewegt zu werden braucht.

Es ist zwar nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben worden, im Rahmen der Erfindung bietet sich jedoch eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten. Beispielsweise ist es bekannt, daß die Koronaeinheit 68 leicht bei einem Gasdruck von einer Atmosphäre betrieben werden kann. Die Verschiebung des Gittergebildes 40 ist leichter, wenn der Gasdruck auf 1 Atmosphäre in der Kammer 11 verringert wird. Das kann erreicht werden, indem die Kammer 11 mit einer hydraulischen Drucksteuerkammer verbunden wird, so daß während der Röntgenbestrahlung der Gasdruck in der Kammer 11 auf 10 Atmosphären ist und während der Verschiebung des Gitters und der Erregung der Koronaquelle auf 1 Atmosphäre verringert ist Als weiteres Beispiel sei angegeben, daß es auch bekannt ist, daß eine gleichmäßige Hintergrundladung auf die Oberfläche der Isolierschicht des Gitters 40 durch eine Koronaeinheit (in den Figuren nicht gezeigt) vor der Röntgenbestrahlung aufgebracht werden kann. Nach der Röntgenbestrahlung ist die Ladungsdichte auf der Isolierfläche des Gitters 40 die Summe der durch Röntgenstrahlung erzeugten Ladungen und der gleichmäßigen Hintergrundladungen; die lonenprojektion durch ein solches vorgeladenes, die Ladung steuerndes Gitter ist für gewisse Verwendungszwecke erwünscht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Gerät zum Herstellen eines Bildes von durch ein Objekt differenziell absorbierter Strahlung, gekennzeichnet durch ein hohles Teil (11), das eine erste, eine zweite und eine dritte Kammer (11a, 1 IZj, liebhat, die miteinander in Verbindung stehen; durch eine elektrisch leitende Elektrode (18), die einen vorderen Teil wenigstens der ersten Kammer bildet und die differentiell absorbierte Strahlung empfängt und in die erste Kammer durchläßt; durch eine hintere Elektrode (30, 32), die in der ersten Kammer und im wesentlichen parallel zu der vorderen Elektrode und mit Abstand von dieser in einer Richtung weg von der Richtung des Strahlungseinfalls angeordnet ist; durch ein Gittergebilde (40), das am Anfang in der ersten Kammer (Wa) zwischen der vorderen und der hinteren Elektrode in einem vorgewählten Spaltabstand von der hinteren Elektrode angeordnet ist und durch die zweite Kammer (Hb) hindurch in die dritte Kammer (11 ς) bewegbar ist und ein im wesentlichen planares, elektrisch leitendes Teil (42) mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern (44) sowie eine Isolierschicht (46) aufweist, die auf einer Fläche des leitenden Teils angeordnet ist, welche am weitesten von der vorderen Elektrode (18) der ersten Kammer entfernt ist, und eine gleiche Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, die jeweils durchdeckend mit einem in dem leitenden Teil gebildeten Loch angeordnet sind; durch ein Gas (25), welches die miteinander in Verbindung stehenden Kammern des hohlen Teils füllt und durch die Absorption von Quanten der Strahlung und die Umwandlung der absorbierten Quanten in elektrisch geladene Teilchen gekennzeichnet ist; durch eine Einrichtung (52), die zwischen wenigstens das leitende Teil des Gittergebildes und die hintere Elektrode der ersten Kammer geschaltet ist, um in dem Spalt zwischen diesen ein elektrisches Feld aufzubauen, das zum Aufbringen der elektrisch geladenen Teilchen, die in dem Gasspalt gebildet werden, auf die Absorption von Quanten der differentiell absorbierten Strahlung in dem Gas hin auf den Isolierfilm dient, mit einem Ladungsmuster einer ersten Polarität und die Strahlungsabsorptionseigenschaften des bestrahlten Objekts darstellend; durch eine Einrichtung (65), die in der zweiten Kammer angeordnet ist und dazu dient, einen Strom von Ionen der ersten Polarität zu dem leitenden Teil und von diesem aus durch jedes Loch des Gittergebildes hindurchzuleiten, um die Ionen durch die Ladung gleicher Polarität, die auf den Isolierfilm aufgebracht ist und jedes Loch umgibt, zu modulieren; und durch eine Einrichtung (85) zum Erkennen des aus jedem Loch des Gittergebildes austretenden, modulierten Ionenstroms, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Größe von der Strahlungsabsorptionseigenschaft eines zugeordneten Teils des bestrahlten Objekts abhängig ist.

2. Gerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (44) des Gittergebildes in einer rechtwinkeligen Matrix mit einer Vielzahl von Zeilen von Löchern angeordnet sind, wobei jede gesamte Zeile von Löchern sequentiell und gleichzeitig zwischen der Ionen aussendenden Einrichtung (65) und der Detektoreinrichtung (85) angeordnet wird, wenn das Gittergebilde durch die zweite Kammer

bewegt wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (85) mehrere Detektorsonden (82) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie eine langgestreckte Detektorkette (80) in einer ersten Richtung im wesentlichen parallel zu der Ebene des Gittergebildes (40) und im wesentlichen quer zu der Bewegungsrichtung des Gittergebiides bilden, wobei die Detektorsonden jeweils den modulierten Ionenstrom aus einem zugeordneten Loch der Vielzahl von Gittergebildelöchern empfangen, die dann zwischen der Ionen aussendenden Einrichtung und der Detektoreinrichtung angeordnet sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (85) weiter zwei Schutzplatten (89a, SSb) aufweist, die parallel zu der Längsrichtung der Detektorsondenkette angeordnet sind.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schutzplatten koplanar sind.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die koplanaren Schutzplatten (89a', S9b') näher bei dem Gittergebilde (40) als die Ebene der Detektorsonden (82) angeordnet sind.

7. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die koplanaren Schutzplatten (89a, 89b) weiter von dem Gittergebilde (40) entfernt angeordnet sind als die Ebene der Detektorsonden.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 3 is 7, gekennzeichnet durch mehrere Strommeßverstärker (92), die jeweils einen Eingang (92a,} haben, der mit einer zugeordneten Detektorsonde (82) verbunden ist, und einen Ausgang (92c), an dem ein Signal vorhanden ist, dessen Größe von der Größe des Ladungsbildes abhängig ist, welches das zugeordnete Loch der Gittergebildezeile umgibt, die dann zwischen der Ionen aussendenden Einrichtung (65) und der zugeordneten Sonde (85) angeordnet ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Linien des elektrischen Feldes so gewählt ist, daß sie die Ladungsbildverzerrung kompensieren, die durch den gasgefüllten Spalt verursacht wird.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Elektrode (30) konzentrische, kreisförmige Äquipotentiallinien in dem gasgefüllten Spalt erzeugt, um eine geometrische Unscharfe des Ladungsbildes zu kompensieren.