DE3341519A1

DE3341519A1 - Radiogramm-vergroesserungsgeraet

Info

Publication number: DE3341519A1
Application number: DE19833341519
Authority: DE
Inventors: Teruo Hiruma; Masao Kaneko; Katsuyuki Kinoshita; Masaru Hamamatsu Shizuoka Sugiyama; Yoshiji Suzuki
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1984-05-30
Also published as: JPH0234511B2; JPS59101134A; FR2536871A1

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D'4300 ESSEN ΐ"·*ΑΜ RUhKSTEIN 1 ■ TEL.: (02 O1) 4126 Seite fc-u _K

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Dr.Masao Kaneko 347-5, Hatsuoi-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken, Japan

Hamamatsu Photonics Kabushiki Kaisha 1126-1, Ichino-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken, Japan

Radiogramm-Vergrößerungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radiogramm-Vergrößerungsgerät für die Strahlungs- bzw. Röntgendiagnose, das zur Vergrößerung und sichtbaren Darstellung der durch Radiographie gewonnenen Bilder von Organismen dient.

Es sind zahlreiche Röntgenapparate für medizinische Zwecke bekannt, die eine Beobachtung ohne Zerstörung oder Beschädigung von Organismen während der Diagnose ermöglichen, und diese Apparate werden gegenwärtig in großem Umfange verwendet. Die Strahlungs-CT(Computertomographie)-Methoden zur Beobachtung von Organismen in einem dreidimensionalen Raum finden ebenfalls weit verbreitete Verwendung.

Andererseits werden Organismen eines menschlichen Körpers durch 10 % Formalin fixiert, in Scheiben geschnitten, mit Hematoxylin-Eosin gefärbt und unter Verwendung eines optischen Mikroskops beobachtet, so daß die vergrößerten Organismen in einer Zellenebene untersucht werden können.

Z/bu

Ein optisches Mikroskop kann aber nur bei solchen Proben Anwendung finden, die durchstrahlbar sind, also in dünne Scheibchen zerteilt werden können. Mit anderen Worten, es können nur vergrößerte Bilder von solchen Organismen hergestellt werden, deren Dicke so ist, daß sie von sichtbarem Licht durchdrungen werden können.

Mikro-Angiographie kann auf extrahierte Proben angewandt werden.

Ein Bedarf besteht an Vergrößerungen von Organismen ohne deren Zerstörung oder Beschädigung durch Vergrößerung des Primärbildes, welches durch Bestrahlung der ein Kontrastmittel in den Blutgefäßen enthaltenden Organismen gewonnen worden ist. Methoden zur Beobachtung solcher Bilder wurden bisher noch nicht entwickelt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Radiogramm-Vergrößerungsgerät zur Verfügung zu stellen, das das gewonnene primäre radiographische oder Röntgenbild mit einem beliebigen Vergrößerungsfaktor zu vergrößern vermag.

Zu diesem Zweck ist das Radiogramm-Vergrößerungsgerät erfindungsgemäß gekennzeichnet durch: eine zylindrische Vakuumröhre, eine auf einer ersten Bodenfläche der Vakuumröhre angeordnete photoelektrische Schicht, eine auf einer zweiten Bodenfläche, der ersten gegenüberliegend angeordnete Phosphorschicht, einen Szintillator zum Umsetzen des Strahlungsbildes in ein entsprechendes optisches Bild, das mittels der photoelektrischen Schicht in ein elektrisches Signal umsetzbar ist, eine optische Kopplungsvorrichtung zur Übertragung des vom Szintillator umgesetzten Bildes zu der photoelektrischen Schicht, erste und zweite Fokussierspulen, die um die zylindrische Vakuumröhre herumgelegt sind, ferner durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, mit dem durch die photoelektrische Schicht erzeugte Elektronen in

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Richtung der Phosphorschicht beschleunigt werden, eine Ablenkeinrichtung zur Ablenkung der von der photoelektrischen Schicht erzeugten Elektronen und durch einen Fokussierstromgenerator, der den Vergrößerungsfaktor des auf der Phosphorschicht gebildeten Bildes bestimmt, während er Ströme entsprechend einem vorgegebenen theoretischen Verhältnis in die ersten und zweiten Fokussierspulen einspeist.

Ein beliebiger Teil des Bildes kann auf der Phosphorschicht des Radiogramm-Vergrößerungsgeräts mit einem Vergrößerungsfaktor abgebildet werden, der entsprechend dem vorgegebenen theoretischen Verhältnis modifiziert werden kann.

Die vergrößerten Röntgenbilder können unter Verwendung des erfindungsgemäßen Vergrößerungsgeräts betrachtet werden, wenn ein Barium-Kontrastmittel (gilt für Verdauungsorgane) in die inneren Organe oder wenn ein Jod-Kontrastmittel (für Blutgefäße) in die Blutgefäße injiziert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Radiogramm-Vergrößerungsgeräts;

Fig. 2 eine Kurve des Vergrößerungsfaktors in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Fokussierspulenströmen des Vergrößerungsgeräts; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Beispiels eines das erfindungsgemäße Radiogramm-Vergrößerungsgerät enthaltenden Diagnoseapparats.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des neuen Radiogramm-Vergrößerungsgeräts gezeigt. Fig. 2 veranschaulicht eine Kurve des Vergrößerungsfaktors, bezogen auf die erste und zweite Fokussierspulen durchfließenden Ströme.

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Eine den Hauptteil des Radiogramm-Vergrößerungsgeräts 4 bildende Glasrohre ist ein zylindrischer Kolben eines Durchmessers von 50 mm und einer Länge von 300 mm. Eine erste Bodenfläche der Vakuumglasröhre ist durch eine optische Faserplatte 6 gebildet, auf der ein Szintillator 5 angeordnet ist. Eine Achse, welche von einem Röntgenstrahlemissionspunkt einer Röntgenröhre zum Mittelpunkt der öffnung einer Abschirmplatte 2 verläuft, wird nachfolgend Axiallinie genannt, wenn die Röntgenröhre und die Abschirmplatte genauer erläutert werden. Die Achse des Szintillator 5 fällt mit der horizontalen Axiallinie zusammen, und die Oberfläche des Szintillators 5 verläuft orthogonal zur Axiallinie.

Eine hochempfindliche photoelektrische Schicht 7, die als dünne Schicht aus Antimon, Calium, Natrium und Cäsium mit einem Empfindlichkeitsbereich zwischen 4000 8 und 80QQ S ausgebildet ist, ist an der Innenseite der ersten Bodenfläche angeordnet.

Ein Röntgenbild, das die Objektinformation enthält, wird auf den Szintillator 5 geworfen und wird von letzterem in ein optisches Bild umgesetzt, das sich in das entsprechende elektrische Bild umwandeln läßt.

Eine optische Faserplatte 6 bildende optische Fasern sind mit einer Teilung von 4,5 um angeordnet. Der Szintillator 5 ist durch eine aktive Schicht aus einem Ag-dotierten Bleisulfid bei einem Geha
Zone gebildet.

bei einem Gehalt von 7,5 mg von PbS:Ag/100 mm einer aktiven

Die optische Faserplatte 6 bildet die erste Bodenfläche und dient als Kopplungsvorrichtung zur übertragung von Licht aus dem Szintillator 5 zur photoelektrischen Schich-t 7.

Eine der photoelektrischen Schicht 7 gegenüberliegende Gitterelektrode 9 und eine an der Innenwand der Röhre angeordnete

ΡΔΠ

zylindrische Elektrode 10 sind in die Röhre eingebaut.

Die Gitterelektrode 9 ist parallel zur photoelektrischen Schicht 7 in einem Abstand von etwa 5 mm angeordnet. Die zylindrische Elektrode 10 verläuft entlang der zylindrischen Innenwand der Vakuumröhre. Eine Aluminiumdünnschicht ist zwischen der Gitterelektrode 9 und der Phosphorschicht 8 angeordnet. Die Phosphorschicht 8 aus Phosphor, ZnSrAg, das eine blaue Farbe und eine Spitzenwellenlänge von 460 mjj hat, ist auf der Innenseite der zweiten Bodenfläche bzw. Stirnwand der Vakuumglasröhre gebildet.

Eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes bzw. eine Beschleunigungseinrichtung 16 dient zur Erzeugung und Anlegen des Beschleunigungspotentials an die Elektroden und zum Beschleunigen der aus der photoelektrischen Schicht 7 austretenden Elektronen in Richtung der Phosphorschicht 8. Die photoelektrische Schicht 7 liegt auf einem Potential von -7 kV. Die Phosphorschicht 8, die Gitterelektrode 9 und die zylindrische Elektrode 10 sind geerdet.

Die ersten und zweiten Fokussierspulen 11 und 12 sind um die zylindrische Vakuumröhre herumgelegt. Die erste Fokussierspule 11 liegt entlang der Vakuumröhre nahe der photoelektrischen Schicht 7 bei einem 0"ffset von 20 mm vom Zentrum in einem Raum zwischen der photoelektrischen Schicht 7 und der Phosphorschicht 8. Die zweite Fokussierspule 12 verläuft entlang der Vakuumröhre nahe der Phosphorschicht 8 mit einem Offset von 150 mm vom Zentrum in einem Raum zwischen der photoelektrischen Schicht 7 und der Phosphorschicht 8. Zwei Ströme, die durch die ersten und zweiten Fokussierspulen und 12 fließen und von einem Fokussierstromgenerator 13 eingespeist werden, bestimmen den Vergrößerungsfaktor des auf der Phosphorschicht 8erzeugten Bildes. Der Vergrößerungsfaktor kann daher ohne Verschiebung der Fokussierebene geändert werden.

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Wenn ein Strom von 400 mA durch die erste Fokussierspule 11 und ein Strom von 220 mA durch die zweite Fokussierspule 12 fließen, so ist der Verstärkungsfaktor des Bildes 1. Wenn 1300 mA durch die erste Fokussierspule 11 und 0 mA durch die zweite Fokussierspule 12 fließen, wird der Verstärkungsfaktor des Bildes 6.

Wenn die durch diese Spulen fließenden Ströme entsprechend der theoretischen Beziehung gemäß Fig. 2 geändert werden, kann der Verstärkungsfaktor innerhalb des Bereichs von 1 bis 6 kontinuierlich geändert werden. Andererseits sind zwei Paare von Ablenkspulen 14 um die zylindrische Vakuumröhre herumgelegt, um Elektronen ablenken zu können. Wenn ein Strom im Bereich von 0 bis 500 mA durch jedes der beiden Ablenkelektrodenpaare 14 fließt, können von einem beliebigen Punkt auf der photoelektrischen Schicht 7 emittierte Photoelektronen auf den entsprechenden Punkt der Phosphorschicht 8 fallen.

Eine Ablenkstromquelle 15 versorgt die beiden Fokussierspulen 11 und 12 und die beiden Paare von Ablenkspulen 14 mit Strömen.

Ein Diagnoseapparat, der mit dem beschriebenen Radiogramm-Vergrößerungsgerät ausgestattet ist, wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

Eine Röntgen-Punktquelle 1 dient als Strahlungsquelle. Vorzugsweise wird der Röntgenstrahl von einem Punkt in einem Raum geometrischer Struktur emittiert. Diese Art von Punktquelle läßt sich nicht realisieren, und daher kann eine Röntgenstrahlquelle 1 mit einem Strahlbündeldurchmesser von 50 bis 60 um als Röntgen-Punktstrahlquelle 1 verwendet werden. Zur Verfugung steht eine Röntgenröhre, bei der der Röntgenstrahl durch Kollision eines durch eine enge Blende (schmaler Punkt) durchtretenden und auf eine umlaufende Anode treffenden Elektronenstrahls erzeugt wird.

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A

Eine normale Röntgenröhre läßt sich zu diesem Zweck verwenden, wenn nur die parallele Röntgenstrahlkomponente im Zentrum des divergierenden Röntgenstrahlbündels verwendet wird. Eine Röntgenröhre hoher Leistung liefert einen Röntgenstrahl hoher Energiedichte, so daß die durch einen feinen Kollimator durchtretende wirksame Röntgenstrahlkomponente allein verwendet werden kann. Eine feine Kollimatorlinse ist vorteilhaft zur Minimierung der Röntgenbestrahlung des menschlichen Körpers. Herkömmliche Organismen-Beobachtungsgeräte, welche die Beobachtung des Objekts mit höherem Vergrößerungsfaktor ermöglichen, können nur zur Beobachtung eines kleinen Teils,

2
d. h. 2 mm des als Probe verwendeten Objekts benutzt werden. Das Ziel der Erfindung läßt sich dadurch erreichen, daß ein zweidimensionales Bildsignal mit einem großen Informationsgehalt mittels eines feinen Strahls in den Szintillator 5 projiziert wird.

Die als Punktquelle dienende Röntgenröhre 1 emittiert bei dem beschriebenen Beispiel Röntgenstrahlen, wenn der Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsenergie von 60 kV bei einem Strom von 50 mA mit einem Querschnittsdurchmesser von 50 pm das Wolframtarget trifft.

Eine kreisförmige öffnung ist im Zentrum der aus Blei bestehenden Abschirmplatte 2 ausgebildet. Die Bohrung in der Abschirmplatte 2 hat einen Durchmesser von etwa 10 mm und liegt 150 mm entfernt vom Target der Röntgenröhre. Das Objekt 3 wird mit aus der Röntgenröhre 1 emittierter Röntgenstrahlung bestrahlt, die durch die Bohrung durchtritt. Der für die Beobachtung nutzbare Strahlwinkel des Röntgenstrahlbündels beträgt etwa 4°.

Ein Bild des Objekts 3 wird dadurch auf dem Szintillator 5 entworfen, daß die aktive Fläche des Szintillators 5 im Radiogramm-Vergrößerungsgerät 4 rechtwinklig zur Axiallinie und mit letzterer zentriert angeordnet wird.

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Eine Relaislinse 20 entwirft ein Bild auf der zweiten photoelektrischen Schicht einer Fernsehkamera 17, indem auf die zweite photoelektrischen Schicht ein von der Phosphorschicht 8 des Radiogramm-Vergrößerungsgeräts 4 gewonnenes Bild projiziert wird.

Eine Vidikon-Bildröhre mit einem Silizium-Bildintensivierungstarget (SIT) wird in der Fernsehkamera 17 verwendet. Die Vidikon-Bildröhre mit SIT kann ein Bild mit einer verminderten Lichtintensität von der Phosphorschicht 8 aufnehmen, während das Objekt einer geringen Menge an Röntgenenergie ausgesetzt wird.

Eine Mikrokanalplatte wurde im Radiogramm-Vergrößerungsgerät 4 bei einem von den Erfindern ausgeführten anderen Experiment verwendet. In diesem Falle hat sich eine für eine Vielzahl von Anwendungen brauchbare übliche Bildröhre als wirksam erwiesen.

Eine Ablenkstromquelle 18 der Fernsehkamera 17 kann einen Abtaststrom in einer üblichen Sägezahnform und einen anderen Abtaststrom mit einer kleinen Amplitude an die Bildröhre der Fernsehkamera 17 anlegen. Die Gesamtfläche der zweiten photoelektrischen Schicht oder eine Teilfläche dieser Schicht kann daher abgetastet werden.

Ein Monitor 19 dient zur Reproduktion eines Videosignals, das von der Fernsehkamera 17 geliefert wird.

Ein Beispiel der Betriebsweise des zuvor beschriebenen Diagnoseapparats wird nachfolgend angegeben.

Die Bedienungsperson sollte zunächst die Betriebsschalter aller Geräte einschalten, so daß diese Geräte betriebsbereit sind, und danach das Objekt 3 an die angegebene Stelle bringen.

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Vorzugsweise werden die Ströme von 400 mA und 220 mA am Punkt P in Fig. 2 jeweils in die ersten und zweiten Fokussierspulen 11 und 12 vom Fokussierstromgenerator 13 eingespeist, so daß der Verstärkungsfaktor bei 1 liegt. Der Elektronenstrahl im Zentrum der photoelektrischen Schicht 7 sollte auf das Zentrum der Phosphorschicht 8 treffen, wenn keine Ströme von der Ablenkstromquelle 15 an die Ablenkspulen 14 angelegt werden.

Der vertikale Sägezahn-Ablenksignalstrom mit einer Amplitude von 500 mA_ss und der horizontale Sägezahn-Ablenksignalstrom mit einer Amplitude von 800 mA_ss werden von der Ablenkstromquelle 18 an die Ablenkspulen der Fernsehkamera 17 angelegt, um die Gesamtfläche auf der zweiten photoelektrischen Schicht der Bildröhre abzutasten. Der Röntgenstrahl wird von der Punktquellen-Röntgenstrahlröhre 1 auf das Objekt 3 projiziert. Sodann kann das gesamte Bild des Objekts 3 auf dem Bildmonitor 19 zur Anzeige gebracht werden. Bei Betrachtung der Gesamtfläche des Objekts, das auf dem Bildmonitor 19 angezeigt wird, kann der zu untersuchende Punkt aufgefunden werden. Geeignete Ablenkströme werden von der Ablenkstromquelle 18 an die Ablenkspulen der Bildröhre angelegt, um den zu untersuchenden Punkt in das Zentrum des Vollbildes des Bildmonitors 19 zu bringen.

Wenn die die ersten und zweiten Fokussierspulen 11 und 12 durchfließenden Ströme derart geändert werden, daß die Kurve zum Punkt S in Fig. 2 übergeht, wird der Verstärkungsfaktor des Bildes auf der Phosphorschicht 8 graduell vergrößert. Ein beliebiges Bild auf dem Bildmonitor 19 kann daher vergrößert werden. Wenn die Ablenkstromquelle 15 für die Fernsehkamera 17 herkömmliche Sägezahn-Abtastströme an die Ablenkspulen der Fernsehkamera 17 anlegt, während ihre effektiven Amplituden durch Begrenzung der Abtastzeit jeweils um einen Faktor von bis zu 1/5 reduziert werden, kann für größere Bilder das Bild auf dem Bildschirm 6 χ 5 (= 30)-fach im Vergleich

zum Röntgenbild auf dem Szintillator 5 vergrößert werden.

Das beschriebene Radiogramm-Vergrößerungsgerät kann auf einem Bildschirm über eine Fernsehkamera ein aus den Elektronen eines Szintillators auf einer Phosphorschicht gewonnenes sichtbares Bild mit variabler Vergrößerung anzeigen, wenn die Ströme in einer ersten und zweiten Fokussierspule entsprechend einer bestimmten theoretischen Funktion in gegenseitige Beziehung gebracht und entsprechend geändert werden.

Die Auflösung der photoelektrischen Schicht ist ausgezeichnet, und das Bild des Szintillators kann in der Praxis ohne Verschlechterung der Auflösung vergrößert werden.

Der Radiogramm-Vergrößer hat Ablenkmittel solcher Ausbildung, daß ein beliebiger Teil der Phosphorschicht als Bild auf dem Bildmonitor zur Anzeige gebracht werden kann.

Ein Diagnoseapparat kann auf diese Weise aus einer Kombination des Radiogramm-Vergrößerungsgeräts, einer Strahlungsquelle, einer Fernsehkamera und einem Bildmonitor aufgebaut werden.

•/Id- Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4-30O ESSEN¹ 1 -^:ΛΜ RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 4126 Seite ■ ■ - ■ K 113

Dr. Masao Kaneko

Hamamatsu Photonics Kabushiki Kaisha

Patentansprüche

I./ Radiogramm-Vergrößerungsgerät,
gekennzeichnet durch

eine zylindrische Vakuumröhre;

eine auf einer ersten Bodenfläche der Vakuumröhre angeordnete photoelektrische Schicht (7);

eine auf einer zweiten-Bodenfläche, der ersten gegenüberliegend angeordnete Phosphorschicht (8);

einen Szintillator (5) zum Umsetzen des Strahlungsbildes in ein entsprechendes optisches Bild, das mittels der photoelektrischen Schicht (7) in ein elektrisches Signal umsetzbar ist;

eine optische Kopplungsvorrichtung (6) zur Übertragung des vom Szintillator (5) umgesetzten Bildes zu der photoelektrischen Schicht (7);

erste und zweite Fokussierspulen (11 und 12), die um die zylindrische Vakuumröhre (4) herumgelegt sind;

eine Einrichtung (16) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes für die Beschleunigung von durch die photqelektrische Schicht (7) erzeugten Elektronen in Richtung der Phosphorschicht (8);

eine Ablenkeinrichtung (14) zur Ablenkung der von der photoelektrischen Schicht (7) erzeugten Elektronen; und

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■* 2- -

einen Fokussierstromgenerator (13) zur Bestimmung des Vergrößerungsfaktors des auf der Phosphorschicht (8) gebildeten Bildes dadurch, daß die ersten (11) und zweiten (12) Fokussierspulen mit in einem vorgegebenen theoretischen Verhältnis stehenden Strömen beaufschlagt werden.
2. Radiogramm-VergröGerungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Kopplungsvorrichtung (6) als Faserplatte ausgebildet ist.
3. Radiogramm-Vergrößerungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung zwei Paare von elektromagnetischen Ablenkspulen (14) aufweist, die um die zylindrische Vakuumröhre angeordnet sind.

BAD ORjQiWAL