DE3242399A1

DE3242399A1 - Roentgenbildkonverter

Info

Publication number: DE3242399A1
Application number: DE19823242399
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr.Rer.Nat. 8520 Erlangen Degenhardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-11-16
Filing date: 1982-11-16
Publication date: 1984-05-17

Description

Röntgenbildkonverter
Die Erfindung betrifft einen Röntgenbildkonverter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Konverter zur Sichtbarmachung von Röntgenbildern sind etwa in der europäischen Offenlegungsschrift 00 21 174 beschrieben.
Der wesentliche Teil einer Umwandlungseinrichtung nach der Erfindung ist ein großflächiges Detektor system für digitale Röntgenbilder. Dabei werden in einer Phosphoreszenzschicht, d.h. in einem Infrarot stimulierbaren Röntgenleuchtstoff, gespeicherte Röntgenbilder durch Abtastung mit einem Infrarotstrahl ausgeleuchtet und über fotoelektrische Wandler in eine elektrische Signalfolge umgewandelt, die etwa in fernsehmäßiger Weise sichtbar gemacht werden kann. Dabei werden geeignete Leuchtstoffe mit möglichst hohem Signal und hoher Quantenausbeute benötigt.
Für das System zur Herstellung der wiedergebbaren Signalfolge wird ein Phosphoreszenzstoff benötigt, der eine Auslesezeit pro Bildpunkt von etwa 10## bis 10-5 5 sec gewährleistet und bei dem als Eingangsdosis ein Minimum von 10 bis 501u Röntgen ausreicht. Die Infrarotstimulation des Leuchtstoffs sollte mit Hilfe eines HeNe-Laserstrahles (He = Helium, Ne = Neon) der Wellenlängen von ungefähr 635/um möglich sein. Die Ausleuchtbarkeit mit Infrarot sollte mit Lichtimpulsen geschehen, die höchstens 10/us dauern, bei einer Intensität, die kleiner als 10 mW beträgt. Bei dem etwa nach obengenannter Offenlegungsschrift zu verwendenden Lanthanoxibromid (LaOBr), welches mit Cer (Ce) und Terbium (Tb) aktiviert ist (LaOBr:Ce:Tb), bzw. bei Verwendung von Bariumfluorbromid, welches mit Cer und Samarium (Sm) aktiviert ist, nach der DE-OS 29 51 516 werden nur geringe Signale erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Konverter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 einen Phosphoreszenzstoff anzugeben, der unter den obengenannten, für die Bildumsetzung notwendigen Voraussetzungen, insbesondere hinsichtlich Auslesezeit und Eingangsdosis, verbessert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung'eines Phosphoreszenzstoffes aus der Gruppe der mit Wismut (Bi) und Cer (Ce) aktivierten Lantanidenoxihalogeflide, d.h. von Ln0Hl : Bi : Ce bzw. Ln304Hl :Bi : Ce Ln = La, Gd, Y und Fil = wenigstens eines der Halogenidanionen F, Cl, Br, J, wird verbesserte Effizienz erreicht, wie z.B. aus der unten beschriebenen Figur 2 hervorgeht. Als besonders geeignete Phosphoreszenzstoffe haben sich die Lanthanidenoxihalogenide, wie z.B. La0Cl, LaOBr, LaOJ, LaOF, die mit Wismut (Bi und Cer (Ce) aktiviert sind, erwiesen. Andererseits gehören zu dieser Gruppe aber auch die an zweiter Stelle genannten Lanthanidentetraoxihalogenide, wie z.B. die entsprechenden Gadolinium(Gd)-Verbindungen.
Als zusätzlicher Aktivator hat sich Samarium (Sm) bewährt, wenn es in einer Menge von 10 5 bis 10 g at/mol LnOHl verwendet wird.
Die Phosphoreszenzstoffe können in etwa aus Lanthanoxid (La203) und Ammoniumbromid (NH4Br) in bekannter Weise hergestellt werden, indem 130 g La203 mit 91 g NH4Br und 0,52 g Wismutoxid (Bi203) und 0,17 g Ceroxid (CeO2) in einer Kugelmühle 12 Stunden gemischt werden. Die Mischung wird 3 Stunden bei +900 0C in einem geschlossenen Quarzgefäß gebrannt, danach mit Methanol gewaschen und getrocknet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele und Meßergebnisse erläutert.
In der Figur 1 ist schematisch ein mit einer erfindungsgemäßen Phosphoreszenzschicht ausgestatteter Röntgenbildkonverter gezeichnet, in der Figur 2 in einem Diagramm ein Vergleich der erfindungsgemäßen Phosphoreszenzstoffe mit solchen, die bei bekannten Einrichtungen verwendet wurden, und in der Figur 3 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wirksamkeit zur Verwendung vorgesehener Phosphoreszenzstoffe.
In der Figur 1 ist mit 1 eine als Röntgenröhre ausgebildete Strahlungsquelle bezeichnet. Von dieser geht ein Röntgens-trahl enbündel 2 aus, welches einen Patienten 3 durchstrahlt und dann auf eine erfindungsgemäß ausgebildete Aufnahmeschichtung 4 trifft. Diese besteht aus einer röntgendurchlässigen Trägerplatte 5, die 250/um dick ist und aus Kohlefiber besteht. Auf diese- Kohlefaserplatte 5 ist eine erfindungsgemäße Phosphoreszenzschicht 6 aufgetragen. Sie besteht aus mit Wismut und Cer aktiviertem Lanthanoxibromid (LaOBr:Bi:Ce) und ist 100/um stark. Auf der Schicht 6 befindet sich eine fotoelektrische Wandlerschicht 7, die beiderseits lichtelektrische Elektroden 8, 9 trägt.
Der Elektrode 9 ist außerdem in Abstand eine Laserabtasteinrichtung 10 zugeordnet.
An den Elektroden 8, 9 liegen Leitungen 11a und 11b, die über einen Widerstand 12 mit einer Gleichstromquelle 13 verbunden sind. Die Leitungen 11a und 11b führen außerdem zu einem Verstärker 14, der mit einer Fernsehwiedergabeeinrichtung 17 verbunden ist, deren Leuchtschirm die Bezeichnung 15 trägt.
Bei der Aufnahme von Röntgenbildern wird mittels eines von der Quelle 1 ausgehenden Röntgenstrahlenbündels 2 der Körper eines Patienten 3 durchstrahlt. In der Phosphoreszenzschicht 6 wird so ein dem Durchleuchtungsbild entsprechendes Energierelief gespeichert.
Hierauf wird über die Leitungen 11a und lib die Spannung der Spannungsquelle 13 angelegt, so daß beim Ausleuchten mittels eines von der Quelle 10 ausgehenden Strahls 16,der abtastend über die für ihn durchlässige Elektrode 9 geführt wird, in den Leitungen 11 und lla ein Signal ableitbar ist, welches dadurch entsteht, daß durch den Strahl 16 die in der Schicht 6 gespeicherte Energie in Form von Licht ausgelöst wird.
Dieses Licht erzeugt in Ubereinstimmung mit seiner Intensität in der Schicht 7 elektrische Leitfähigkeitsunterschiede, die wegen des aus 13 angelegten elektri- schen Feldes zu einem ableitbaren Signal führen. Dieses kann dann in aus Fernseheinrichtungen bekannter Weise über einen Verstärker 14 auf im Leuchtschirm 15 sichtbar gemacht werden. Dieser Fernseheinrichtung 17 können außerdem auch noch nicht gesondert dargestellte, an sich bekannte Mittel zur Veränderung von Helligkeitskontrasten etc. zugeordnet sein, um eine entsprechende Anpassung des Bildes an bestimmte Voraussetzungen bewirken zu können.
Die in der Figur 2 in einem Diagramm für verschiedene Konzentrationen der Aktivatoren in einer elektrooptischen Wandlereinheit erzielbaren Spannungen wurden mittels einer Vorrichtung erzielt, die in der Figur 3 dargestellt ist. Dabei ist mit 20 eine als Lichtquelle dienende Halogenlampe von 12 V und 100 W bezeichnet. Von ihr geht ein Strahlenbündel 21 aus, das über eine durch Linsen 22 und 23 symbolisierte Optik auf der zu messenden Leuchtstoffschicht 24 abgebildet wird. Um geeignete Strahlungsverhältnisse zu erreichen, befindet sich im Strahlengang des Bündels 21 ein IR-Filter 25 und ein aufmachbarer Verschluß 26. Zur Erzeugung einer in der Schicht 24 gespeicherten Energie wird eine Röntgenröhre 27 benutzt, von welcher ein Strahlenbündel 28 ausgeht und auf die Schicht 24 trifft.
Die eigentliche Messung erfolgt mittels eines Sekundärelektronenvervielfachers 29, dem zur Erzielung einer der Meßeinrichtung angepaßtenLichteinstrahlung eine 30 einstellbare Blonde/vorgeschaltet ist und ein Filter 31.
Die eigentliche Messung erfolgt in an sich bekannter Weise in einem Oszillographen 32, dessen Betriebsapparatur als Spannungsquelle 33 symbolisiert ist.
Zur Erfassung der verschiedenen physikalischen Parameter der Leuchtstoffe, wie Helligkeit bzw. Speicherverhalten, Ausleuchteverhalten, An- und Abklingver- halten usw., wurde mit der in der Figur 3 dargestellten Apparatur gearbeitet. Der Speicherleuchtstoff wird in einer Schicht untergebracht, die als Leuchtschicht 24 in die Apparatur eingefügt wird. Sie wird dort zunächst dem Röntgenstrahlenbündel 28 ausgesetzt, welches in der Röhre 27 mit einer Spannung von 75 kV erzeugt wird. Die Anregung erfolgt mit unterschiedlicher Dosis. Ein Großteil aller untersuchten Leuchtstoffe zeigte eine mehr oder weniger spontane Lumineszenz Mit einer Blende 30 von 10 mm Durchmesser vor dem Sekundärelektronenvervielfacher 29 wurden diese Lichtimpulse aufgenommen.
Sie wurden verstärkt und ihre zeitlichen Verläufe bzw.
ihre Höhen auf dem Schirm des Oszillographen 32 ausgewertet. Dicht vor dem Vervielfacher 29 ist noch ein blau-grün-Filter 31 zur Unterdrückung des in der Schicht 24 gestreuten Infrarotlichtes des Strahls 21.
Unmittelbar nach der Röntgenanregung wird mit dem durch das Filter 25 auf eine Wellenlänge von 715 nm ausgerichteten Strahlenbündel 21 in der Schicht 24 eine Ausleuchtung der gespeicherten Strahlenenergie vorgenommen. Die Strahlungsleistung des Infrarotlichtes beträgt in der Ebene der Lechtstoffschicht 24 ca.
15 mW. Der Ausleuchtfleck, d.h. die Abbildung der Lichtquelle 20 mittels der Optik 22, 23 hat eine Ausdehnung von 2 bis 3 mm Durchmesser.
Die Sekundärvervielfacherröhre 29, die eine S-11-Empfindlichkeit, d.h. eine blau-empfindliche Cäsium-Antimon-Fotokathode besitzt, ist für das Infrarotstimulationslicht einerseits unempfindlich und andererseits durch das Filter 31 geschützt. Das registrierte Signal am Oszillographen 32 ist die stimulierte Leuchtstoffintensität. Die Wellenlänge dieses Lichtes lag bei den untersuchten Leuchtstoffen bei 400 bis 600 nm. Die Infrarotausleuchtimpulse können über den mechanisch optischen Verschluß 26 in ihrer Länge verändert werden. Um den Grad der Infrarotausleuchtung zu erfassen, können mehrere Infrarotimpulse auf den gleichen Ort der Leuchtschicht 24 aufbelichtet werden. Dadurch läßt sich die Trägheit des Schirmes feststellen. Nach mechanischer Verschiebung des Leuchtschirms 24 sind auch andere Schirmorte zur Bestimmung von Abklingzeiten erreichbar. Die Langzeitspeicherung in der Schicht 24 kann getestet werden, indem Signale nach z 1 Stunde bis 24 Stunden abgerufen werden.
In der Figur 2 ist an der Ordinate das Meßergebnis in Volt angegeben, die auf dem Schirm 32 des Oszilloskops ablesbar sind. In der Abszisse sind die Konzentrationen des als Aktivator verwendeten Cers aufgetragen. Alle vermessenen Leuchtstoffe bestehen aus Lanthanoxibromid (LaOBr), dem entsprechende Mengen von Aktivatoren, d.h. Cer, Wismut, zugesetzt sind.
Ein Lanthanoxibromid mit einer Terbiumkonzentration von von 10 4 Tb zeigt die Kurve 35. Man sieht, daß ein derartiger Leuchtstoff, wie er etwa in der Europa-Patentanmeldung 00 21 174A beschrieben ist, nur sehr geringe Wirksamkeit im vorliegenden System aufweist.
Auch der in der Kurve 36 vermessene Leuchtstoff, der neben 10 3 Terbium (Tb) noch 10 2 Cer (Ce) enthält, weist nur geringe Helligkeit auf. Ebenso ist es bei einem Leuchtstoff, der neben der in der Abszisse angegebenen Menge 10 2 Cer und 10 2 Terbium enthält und dessen Ausleuchtergebnis in der Kurve 37 dargestellt ist. Erst bei der grleichzeitig zu Cer (Ce) benutzten Verwendung von 10 4 Wismut (Bi) ergibt sich eine höher ansteigende Kurve, wie sie mit 38 bezeichnet ist. Bei Erhöhung der Konzentration des Wismut (Bi) ergibt sich ein wesentlicher Anstieg, wenn 10 3 Wismut (Bi) verwendet sind entsprechend der Kurve 39. Eine weitere Steigerung der Aktivierung mit Wismut (Bi) auf 10 2 ergibt eine stärkere ansteigende Kurve 40. Aus den Kurven 35 bis 40 ist ableitbar, daß der Ausleuchteffekt mit wachsendem Gehalt an Wismut (Bi) und Cer (Ce) statt Terbium (Tb) ansteigt.
2 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Röntgenbildkonverter mit einem Röntgenphosphoreszenzleuchtschirm, dem Mittel zur abtastenden Ausleuchtung zugeordnet sind, sowie eine Vorrichtung zur Umsetzung der so erhaltenen Bildsignalfolge in ein sichtbares Bild, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß als Phosphoreszenzstoff mit Wismut (Bi) und Cer (Ce) aktiviertes Lanthanidenoxihalogenid verwendet ist, welches einer Formel entspricht, die lautet: LnOHl : Bi : Ce bzw. Ln3O4Hl : Bi : Ce wobei Ln wenigstens eines der Elemente Lanthan (La), Gadolinium (Gd), Yttrium (Y) ist und Hl wenigstens eines der Halogenidanionen Fluorid (F), Chlorid (C1), Bromid (Br), Jodid (J) und das Bi und Ce in 10-4 - 10-2 g at/mol des Oxihalogenids verwendet ist.
2. Konverter nach Anspruch , d a d u r c h gek e n n z e i c h n e t , daß als zusätzlicher Aktivator 10 - 5 bis10-4 g at Samarium (Sm)/mol des Oxihalogenids verwendet ist.