DE688385C - Verfahren zur Verbesserung der Bildschaerfe und Helligkeit bei der Roentgendurchleuchtung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Verbesserung der Bildschärfe und Helligkeit bei der Röntgendurchleuchtung Bei den bisherigen Röntgenschirmen ist eine erhebliche Schichtdicke des fluoreszierenden Stoffes erforderlich, um genügende Absorption der vom Untersuchungsobjekt durchgelassenen Röntgenstrahlung zu erhalten. Nur unter dieser Bedingung ist @es möglich, zulängliche Lichtstärken des Durchleuchtungsbildes zu erzielen. Mit wachsender Schichtdicke wird jedoch durch zunehmende Lichtstreuung die Schärfe der Hell-Dunkel-Kontraste auf dem Schirm vermindert und damit die genaue Erkennbarkeit von Organgrenzen bzw. -lagen herabgesetzt. Man war deshalb bisher ,auf ein Kompromiß zwischen Helligkeit und Schärfe des Schirmbildes angewiesen oder aber gezwungen, die Röntgenstrahlung bei relativ dünnschichtigen Schirmen sehr stark zu machen, was zu Schädigungen des Patienten führen kann.
• Die Erfindung bezweckt, durch Hinzufügung einer an sich bekannten elektronischen Verstärkungseinrichtung für das Bild die Anwendung dünner Schichten zu ermöglichen, ohne daß gesundheitsschädliche Röntgenstrahlintensitäten erforderlich sind. Nach der Erfindung wird durch Transformation des primären Röntgendurchleuchtungsbildes in ein Elektronenbild mittels Energieverstärkung (Beschleunigung) der ausgelösten Elektronen ein sekundäres Kathodenstrahlleuchtbild oder photographisches Schwärzungsbild hergestellt, welches infolge wesentlich geringerer Schichtdicke und Lichtstreuung, verglichen mit derjenigen der röntgenerregten Leuchtschirme für direkte Betrachtung, eine erheblich bessere Erkennungsschärfe liefert. Man nutzt hierbei die Tatsache aus, daß :die Kathodolumineszenz (Elektronenbombardement) sich in äußerst geringen Eindringtiefen abspielt, während Röntgenlumineszenz von ;nennenswerter Stärke nur durch Absorption in dickeren durchdrungenen Molekülpackungen erhältlich ist. Dabei kann das primäre Röntgenbild bereits umgeformt ,als Fluoreszenzbild auf einem geeigneten Schichtträger mit sehr dünnem Überzug vorhanden sein oder aber als Röntgenstrahlenbündel mit in seinem Querschnitt entsprechend dem durchstrahlten Objekt schwankender Intensität unmittelbar durch Absorption in Metallschichten Photoelektronen frei machen, die durch anschließende Zusatzbeschleunigung zur Erregung von Kar thodolumineszenz eines .sehr dünnen Schirmes dienen.
• Beispiele von zur Durchführung des Verfahrens geeigneten :Einrichtungen sind in den Abb. i bis q. schematisch dargestellt.
• In Abb. i zeigt der obere Teil im Querschnitt das Gerät zur Bildverstärkung, der untere Teil das physikalische Funktionsschema der Anordnung. i ist ein sehr @dünnschichtiger Leuchtschirm, der infolgedessen bei erträglicher Dosierung der Röntgendurchstrahlung des Körperteiles a ein für die direkte Beobachtung unzureichend helles Bild liefert. Das lichtstarke Obiektiv 3 bildet die auf i entstandene Intensitätsverteilung in die Verstärkungszelle 4 ab. Diese ist ein evakuiertes Gefäß, welches durch zwei planparallele Platten 8 und 9 aus durchsichtigem Material dicht geschlossen wird. Zur Aufrechterhaltung eines sehr hohen Vakuums dient der mit einer Luftpumpe in Verbindung stehende Stutzen 5. Innerhalb der Zelle, entweder auf der Innenseite der Platte 8 oder auf einer besonderen durchsichtigen Trägerfläche io, befindet sich ein dünner, lichtdurchlässiger, photoelektrisch wirksamer überzug i i. Auf diesen fällt das vom Objektiv 3 entworfene Bild des Schirmes i. Die als negative Elektrode geschaltete Schicht i i ist so hauchdünn, daß sie unter dem Einfluß des einfallenden und hindurchgehenden Strahlenkegels Elektronen nach vorn (Pfeilrichtung) abgeben kann: Zur Absaugungund Beschleunigung dieser Elektronen dient die positive Gegenelektrode 13, die mit einer stark kathodolumineszenzfähigen Masse 12 bekleidet ist. Man bildet die Teile 12 und 13 entweder so ,aus, daß eine sehr schwache, gut durchsichtige homogene Metallhaut mit der Leuchtmasse 12 gleichmäßig überzogen wird öder, wie in der Zeichnung angedeutet, ein feindrahtiges Elektrodennetz 13 in seinen Maschen mit dünnen Lagen der Masse ausgefüllt und davon womöglich noch Überdeckt ist. 6 und 7 sind die beiden die Gefäßwand isoliert durchsetzenden Zuleitungen für die zwischen i i und 13 .anzulegende hohe Spannung. Unter der Wirkung dieser Spannung durchlaufen die aus i i austretenden Elektronen, die durch ihre über die ganze Fläche variierende Dichte das elektrische Abbild des Durchleuchtungsbildes auf i genau und scharf wiedergeben, normal zu i i gerichtete Bahnen. So entsteht bei kleinem Abstand zwischen Emissionsschicht i i und Leuchtschicht 12 auf letzterer ein einwandfreies optisches Sekundärbild von großer Helligkeit, bedingt durch die Energie, die die Elektronen bis zum Auftreffen auf die kathodolumineszierende Masse erlangt haben. Dieses verstärkte Lumineszenzbild hat bei hinreichender Saugspannung ungleich größere Intensität als das schwache Urbild auf i, ist aber zugleich dank der sehr geringen- Schichtdicke, mit der man für 12 .auskommt, in seiner Schärfe nicht beeinträchtigt. Das Sekundärbild auf i z wird unmittelbar betrachtet oder durch ein weiteres Objektiv 14 auf ein bewegtes Filmband 15 projiziert; zum Zwecke, eine lichtstarke Röntgenkinematographie zu verwirklichen.
• Um bei dieser Anordnung nach Abb. i die Rückwirkung des auf der Leuchtschicht 12 erzeugten hellen Bildes auf die Emission der. Photoschicht i i, d. h. optische Rückkopplang, zu verhindern bzw. zu begrenzen; müssen die spektrale Empfindlichkeitsverteilung von i i und die spektrale Lichtverteilung von 12 verschieden sein. Das Maximum der Ausstrahlung von 12 muß gegenüber dem selektiven Photoeffekt von i i genügend weit nach längeren Lichtwellen hin verschoben liegen. Zugleich wählt man die Leuchtfarbe des primären Schirmbildes auf i, die spektrale Durchlässigkeit der Trägerschicht von i i und die selektive Empfindlichkeit der Photoschicht gelber möglichst übereinstimmend. Ist die letztere z. B. auf einer blau durchscheinenden Silberunterlage ,aufgebracht, so wird der Überzug von i zweckmäßig aus blau leuchtendem Calciumwolframat oder Zinksulfid hergestellt. Dagegen verwendet man dann für die kathodolumineszierende Schicht 12 z. B. ein Zinksulfid mit hohem Cadmiumsulfidgehalt, wodurch eine gelbgrüne bis orangefarbene Tönung der Fluoreszenz erhalten wird. Bei Abbildung auf einem Film wird man diesen gegebenenfalls für die Leuchtfarbe des verstärkten Sekundärbildes sensibilisieren.
• Die gemäß Abb. i denkbare direkte Wirkung der durch 1, 3, 8, io und i i noch hindurchdringenden Röntgenstrahlen auf das Leuchtpräparat von 12 ist gegenüber der durch die beschleunigten Photoelektronen: beim Auftreffen auf 12 erregten Kathodölumineszenz zu vernachlässigen, falls 12 eine genügend dünne Schicht bildet. Um dieses Verhalten sicherzustellen, wird. man die Absc111ußplatte 8 besonders dick und aus Bleiglas wählen, welches die Röntgenstrahlung stark ,absorbiert. Eine beträchtliche Absorption findet zudem schon in dem Objektiv 3 statt. Auf Nebenwegen hinzutretende Röntgenstrahlung macht man durch Bleischirme unschädlich.
• In Abb.2 sind Mittel veranschaulicht, die eine geometrisch genauere elektronenoptische Nachbildung des Urbildes auf dem sekundären Leuchtschirm ermöglichen. i ist wiederum der primäre Lumineszenzschirm mit dünner Schicht, auf dem zunächst das optisch schwäche, .aber physikalisch scharfe Durchleuchtungsbild entsteht. Der Hohlspiegel 16 entwirft dieses verkleinert auf die photoelektrische Kathodenfläche 17 eines Elektronenmikroskops 18, wobei die abbildenden Lichtstrahlen den durchsichtig gelassenen, linsenartig -erweiterten Teil des Kolbens passieren. Der zylindrische Ansatz des hochevakuier ten Gefäßes trägt eine leitende (möglichst nicht spiegelnde) -Wandbekleidung (Anode) i9, die mit Bezug auf 17 an positiver Spannung liegt. Die günstigste Spannungshöhe wird an dem Potentiometer 25 über den Schutzwiderstand 2¢ abgegriffen. Eine ringförmige Magnetspule 2o fokussiert das- Elektro.nenemissionsbild von 17 auf den dünnschichtigen Leuchtschirm 2a. Dieser gibt.dann das auf i und 17 vorhandene lichtschwache Urbild erheblich verstärkt wieder, ohne .daß dabei eine Einbuße an Schärfe stattfände. Das bei hoher Beschleunigungsspannung zwischen 17 und 19 erheblich verkleinerte Sekundärbild 21 kann durch eine Lupe 22 künstlich vergrößert betrachtet werden (Pfei123). Für die optische Rückwirkung dieses hellen Sekundärbildes auf die Photoschicht 17 gelten die gleichen Bedingungen, wie.,. sie für den Fall der. Abb. i erörtert wurden; ,- allerdings in verringertem Maße, da der Abstand zwischen 17 und 21 verhältnismäßig groß und durch das zylindrische Rohr die Apertur der Strahlenbündel begrenzt ist.
• In Abb. 3 ist eine Anordnung ähnlich der von Abb. 2 dargestellt, mit dem Unterschied, daß das Elektronenbild nicht leuchtend und direkt wiedergegeben, sondern zum Zwecke der Röntgenkinematographie auf dem Film 15 .als elektronenphotographisches Schwärzungsbild festgehalten wird. Die Teile i, 3, 15, 18, 19, 20 haben die gleiche Bedeutung wie in Abb. i bzw. 2. Die Anordnung möge wiederum ,als Elektronenmikroskop mit durchfallendem Licht des Schirmes i arbeiten, das hier die planparallele Abschlußplatte 26 des Glaskolbens durchsetzt und die auf der Innenseite im Vakuum befindliche, durchsichtige Photoschicht zur Elektronenabgabe anregt. Das emittierte Elektronenbündel wird unter erheblicher Beschleunigung durch die positive Spannung von 19 auf den Film 15 fokussiert und ruft dort durch Einwirkung auf die Emulsion in bekannter Weise das entwicklungsfähige Silberbild direkt hervor. Um das Filmband durch -die Expositionszone im Vakuumraum hindurchzuführen, sind eine Reihe von Schleusen 27 mit abgestuftem Luftdruck vorgesehen, durch die der bewegte Streifen mit Hilfe von Dichtungen ein- und wieder austritt. 28, 29, 3o bezeichnen die Saugstutzen zum Anschluß leistungsfähiger Luftpumpen. Einrichtungen dieser Art sind in mannigfachen Ausführungen verfügbar. Man kann mit ihrer Hilfe innerhalb des Elektronenmikroskops 18 während der Hindurchführung des Filmbandes ein genügendes Hochvakuum betriebssicher .aufrechterhalten.
• In Abb. q. wird unter Benutzung einer Anordnung .ähnlich der nach Abb. i der Umweg über eine Fluoreszenzschicht auf dem Schirm i vermieden. Der zu durchleuchtende Körper 2 legt sich hier gegen eine für Röntgenstrahlen durchlässige Abschlußplatte B. des Vakuumgefäßes 31 an. Auf der' Gegenseite . ist die Wand 9 lichtdurchlässig. Der Raum zwischen 8 und 9 ist hoch evakuiert. -'Die Platte 8 trägt 'eine dünne' Metallfolie 32 aus geeignetem absorbierenden Material, z. B. Aluminium, Molybdän, Platin usw. Ihr gegenüber liegt die kathodolumineszierende Schicht 33, . die wiederum auf eine dünne, durchsichtige, leitende Unterlage ,aufgetragen oder in die .Maschen eines feinen Drahtnetzes _eingefüllt ist. Die physikähsche Funktion ist in dem unteren Teil der Abb. q. schematisch veranschaulicht. Die von rückwärts kommenden Röntgenstrahlen, die den Körper 2 durchsetzt haben, sind durch lange Pfeile angedeu_tet. .Sie lösen auf der 33 zugewandten Seite der Metallfolie 32 Röntgenphotoelektronen aus; von denen :ein kleiner Bruchteil sehr erhebliche Geschwindigkeiten, der überwiegende Bruchteil jedoch mäßige Geschwindigkeiten besitzt. Die räumliche Dichte dieser Elektronen (Stromdichte) variiert natürlich entsprechend der Durchlässigkeit der durchstrahlten Organe. Mittels einer sehr hohen, an 33 gelegten Beschleunigungsspannung werden die durch kurze Pfeile dargestellten, im wesentlichen normal. zu 32 gerichteten übergangswege der Elektronenerzwungen, so daß, wie im Falle der Abb. i, die Schärfe des Sekundärbildes auf 33 unbeeinträchtigt bleibt. Bei diesem Verfahren darf die Leuchtfarbe des Überzuges von 33 beliebig sein, wenn an der Oberfläche der Metallschicht 32 deren durch das rückwirkende Lumineszenzlicht ausgelöster Photoeffekt verschwindend klein oder Null. ist. Dies trifft bei Abwesenheit von Alk.alimetallen allgemein zu, und man wird ja in erster Linie Schwermetallfolien benutzen müssen, um die Röntgenstrahlung hinreichend zu absorbieren. Man kann daher zum Zwecke photographischer Abbildung das Material von 33 blau leuchtend wählen.
• Die direkte erregende Einwirkung- der durch 32 hindurchgelangenden Röntgenstrahlen auf das Leuchtpräparat der Schicht 33 ist zu vernachlässigen, falls die Dicke der letzteren und damit ihre Absorptionsfähigkeit für Röntgenwellenlängen sehr gering gemacht wird. Trotz so kleiner Dicke kann die Kathodolumineszenz .äußerst hell sein, da der Energieumsatz der auftreffenden Elektronen sich in minimalen Eindringtiefen abspielt, im Gegensatz zu den die Materie leicht durchdringenden Röntgenstrahlen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verbesserung der Bildschärfe und Helligkeit bei der Röntgendurchleuchtung, dadurch gekennzeichnet, daß die den Untersuchungsgegenstand durchdringende Röntgenstrahlenergie in einer sehr dünnen und daher praktisch streuungsfrei absorbierenden Schicht (Metallfolie; Leuchtstoffschicht) in ein scharfes Absorptionsbild übergeführt und dieses als Elektronenbild, gegebenenfalls durch Elektronenlinsen, vergrößert, in bekannter Weise durch Beschleunigung der Elektronen verstärkt und schließlich auf einem Leuchtschirm bzw. einer photographischen Schicht sichtbar gemacht wird. a. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die das Elektronenbild emittierende Schicht und die kathodolumineszierende oder photographische Emulsionsschicht so angeordnet werden, daß sie in sehr geringem Abstand bei hohem Spannungsunterschied parallel zueinander stehen.