DE69216749T2 - Röntgenuntersuchungseinrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Röntgenuntersuchungsapparat mit einem Röntgenbildverstärker mit einem Eintrittsschirm mit einer Photokathode, einem elektronenoptischen System, einem Austrittsabschnitt mit einem Leuchtschirm auf einem Austrittsfenster, einer Bildaufnahmeanordnung zum Ableiten eines elektronischen Bildsignals aus einem lichtoptischen Bild am Austrittsfenster und einem lichtoptischen Bildübertragungssystem auf einer lichtempfindlichen Fläche der Bildaufnahmeanordnung.
• Ein Röntgenuntersuchungsapparat dieser Art ist aus US-A-4 809 309 bekannt.
• In einem dort beschriebenen System verursacht die Bildübertragung im Austrittsabschnitt oft den Verlust eines verhältnismäßig großen Teils des in einem Austrittsschirm zu erzeugenden Lumineszenzlichts. Hierdurch ist die Helligkeit eines bildtragenden Lichtbündels im Bereich eines folgenden Bildaufzeichnungssystems, beispielsweise einer Fernsehbildaufnahmeröhre, einer CCD-Kamera, einer Filmfolie usw., im allgemeinen zu niedrig für optimale Abbildung. Dieser Zustand kann normalerweise nur mittels eines unerwünschten Anstiegs der Strahlungsdosis im abbildenden Röntgenbündel verbessert werden.
• Aus der französischen Patentanmeldung FR-A-1 442 118 ist ein Bildverstärker für Infrarotlicht usw. mit einem Austrittsfenster in Form eines einfachen Bauteils mit einer konkaven Innenfläche und einer konkaven Außenfläche bekannt, deren Form mit großer Präzision hergestellt ist, um Bildübertragung ohne Verzerrung am Austrittsfenster zu ermöglichen.
• Der Erfindung liegt u.a. die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenuntersuchungsapparat mit einem Röntgenbildverstärker mit einem Austrittsabschnitt zu schaffen, dessen Aufgabe es ist, ein kräftiges hochauflösendes bildtragendes Lichtbündel mit geringen optischen Aberrationen zu erzeugen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Röntgenuntersuchungsapparat erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsfenster ein Innenelement und ein Außenelement enthält, wobei das Innenelement eine konkave Innenfläche hat, die der Photokathode zugewandt ist und den Leuchtschirm trägt, das Innenelement eine von der Photokathode abgewandte ebene Außenfläche hat, das Außenelement als Eingangslinse für das Bildübertragungssystem dient und das Außenelement eine der ebenen Außenfläche des Innenelements zugewandte ebene Innenfläche und eine gekrümmte Außenfläche hat, die dem lichtoptischen Übertragungssystem zugewandt ist, und das Außenelement mit dem Innenelement verkittet ist, um eine steife Verbindung zwischen dem Austrittsfenster und dem Bildübertragungssystem zu bilden.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsapparats ist dadurch gekennzeichnet, daß das Außenelement eine flachkonkave oder eine flachkonvexe Linse ist.
• Eine Objektebene des Austrittsfensters der Röntgenbildverstärkerröhre weist eine Vorausgleichsbildebenenkrümmung für ein folgendes optisches Bildübertragungssystem auf.
• Mögliche restliche optische Aberrationen werden dabei durch Anpassungen im optischen System selbst ausgeglichen, oder das Austrittsfenster ist als faseroptische Platte hergestellt, so daß eine Austrittsseite davon als Objektebene beispielsweise für das optische Basissystem dient, wobei ihre Krümmung nicht zum Linseneffekt der Primärabbildung vom optischen System beiträgt. In einem faseroptischen Fenster dieser Art kann die Eintrittsseite mit einer Krümmung versehen werden, die ein Träger für den Austrittsleuchtschirm ist, wobei diese Krümmung einer möglichen Krümmung der Objektebene des elektronenoptischen Systems der Röntgenbildverstärkerröhre angepaßt ist. Die Form der Innenfläche und die Eigenschaften des elektronenoptischen Systems ist dabei auf integrierte Weise optimierbar. Das Austrittsfenster kann derart hergestellt werden, daß es verhältnismäßig dick ist, um störende Lichthof-Effekte zu reduzieren. Die Benutzung eines Hofeffekte reduzierenden dicken Fensters, insbesondere als Austrittsfenster, ist an sich aus US 4 353 005 bekannt, und an sich aus der internationalen Anmeldung WO 85/00465 bekannt, um das Austrittsfenster mit einer faseroptischen Platte zu versehen. Wie bereits erwähnt wurde, kann an der Austrittsseite des Fensters zum Vorausgleichen der Bildfeldkrümmung des optischen Systems eine Krümmung angebracht werden. Eine Vorausgleichskrümmung kann auch durch Anbringen einer Glasplatte zum Erzeugen der richtigen Krümmung als Replik des optischen Systems an der Außenseite des Austrittsfensters angebracht werden. Wenn diese Platte mit optischem Zement auf dem Austrittsfenster angebracht wird, ist Lichtverlust durch weitere Reflexionen oder Brechungsindexgradienten vermieden.
• In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Störfilter auf der Außenseite des Austrittsfensters angebracht. Da hierdurch unter außergewöhnlichen Winkeln einfallendes Licht reflektiert wird, ist Verbesserung des MTF-Wertes ohne Verlust in der Lichtausbeute möglich, da das unter einem außergewöhnlich schrägen Winkel einfallende Licht erneut reflektiert wird, so daß es zum Teil zur Abbildung beiträgt. Ein derartiges Störfilter kann aus mehreren Schichten bestehen und hat die Möglichkeit zum Reflektieren des unter einem Winkel über einem vorgegebenen Wert aus dem Fenster austretenden Lichts. Durch folgende Reflektion in der Leuchtstoffschicht, trägt wenigstens teilweise dieses Licht zum Abbilden bei. Also ist eine größere Lichtstärke ohne wesentlichen Auflösungsverlust erzielbar (in der numerischen Apertur des Linsengrundsystems). Bei Verwendung eines Störfilters in der Montage zwischendem Ausgangsleuchtstoff und dem Austrittsfenster kann ein ähnlicher Effekt erhalten werden, da Licht aus der Leuchtstoffschicht unter einem außergewöhnlichen Winkel reflektiert wird, so daß es wiederum verwendbar ist. Das Austrittsfenster wird insbesondere als faseroptische Platte gebildet, auf deren Außenseite ein Störfilter ist angebracht. Wenn das Störfilter auf der Außenseite des Fensters angebracht ist, bleibt seine Innenseite frei zum Anpassen an das elektronenoptische System, usw.
• Die wirksame Lichtausbeute in einem Endbild kann auch mit einem Störfilter auf der Innenseite des Austrittsfensters, d.h. zwischen der Austrittsleuchtstoffschicht und dem Fenster, erhöht werden.
• Es sei bemerkt, daß ein Störfilter zum Wählen des in einem vorgegebenen Winkelbereich einfallenden Lichts ist für Abbildungszwecke aus US 4 634 926 bekannt. Weitere technischen Einzelheiten eines derartigen Störfilters sind dort beschrieben.
• Die Lichtausbeute des Austrittsschirms kann weiter unter Verwendung einer optisch geeigneten dichten Metall-Hilfsschicht vergrößert werden. Zu diesem Zweck ist die Metall-Hilfsschicht üblicherweise derart hergestellt, daß sie verhältnismäßig dick ist. Jedoch hat eine solche Dicke den Nachteil, daß eine größere Anzahl von Photonen sich durch Absorption in der Schicht nicht in der Abbildung beteiligt. Um einen derartigen Verlust zu vermeiden, ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die übliche Metall-Hilfsschicht nicht mittels Aufdampen, sondern mittels einer Ablagerungstechnik - z.B. durch Kathodenzerstäubung oder CVD angebracht, wodurch eine Schicht mit einer dichteren Packung erhalten wird.
• Neben einer optisch dichten Metall-Hilfsschicht zum optimalen Reflektieren des in der Leuchtstoffschicht erzeugten Lichts verfügt eine dichte Schicht weiterhin über eine vorteilhafte Funktion als chemische Schutzschicht zum Schützen der Leuchtstoffschicht insbesondere vor Alkalien aus dem Austrittschirm der Röhre Ein derartiger chemischer Schutz kann auch mit Hilfe einer besonders für diesen Zweck erzeugten Werkstoffschicht verwirklicht werden. Da eine derartige Schicht nicht unbedingt reflexiv sein muß, gibt es einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlich der Wahl des Werkstoffs, was die Optimierung hinsichtlich der Dichte und der Elektronentransparenz günstig beinflußt. In dieser Hinsicht ist ein geeigneter Werkstoff beispielsweise Aluminiumoxid, das wiederum vorzugsweise in einem Kathodenzerstäubungs- oder in einem CVD-Verfahren abgelagert wird, um eine dichte Packung zu erhalten.
• Weiter können die in US 4 831 249 beschriebenen optisch transparenten Schichten benutzt und beispielsweise auch zwischen der Leuchtstoffschicht und der Metall-Hilfsschicht angebracht werden. Hiermit kann eine flachere Substratschicht für die Metall-Hilfsschicht verwirklicht werden, und die Metall-Hilfsschicht selbst kann derart aufgebaut werden, daß sie wiederum dünner ist. Eine Dickenänderung zum Beispiel in der radialen Richtung kann einer derartigen Schutzschicht oder Metall- Hilfsschicht gegeben werden, um die örtliche Lichtintensitätshomogenität im austretenden bildtragenden Lichtbündel optimiert und beispielsweise darin auftretende elektronenoptische Abweichungen ausgeglichen werden.
• In einem anderen bevorzugte Ausführungsbeispiel, in dem der Austritts-Leuchtschirm möglicherweise auf einem Substrat mit einer Innenfläche des Austrittsfensters optisch gekoppelt ist, stellt das Austrittsfenster einen optische Bauteil des lichtoptischen Übertragungssystems dar. Die Anzahl der Gradienten im Brechungsindex und infolgedessen der Lichtverlust läßt sich auf diese Weise verringern. Das Austrittsfenster bildet insbesondere eine konkav-flache Linse, in deren konkven Teil der Austritts-Leuchtschirm angebracht ist, wobei eine Eingangslinse eines folgenden Bildübertragungssystems, d.h. eines Linsen-Grundsystems, auf ihrer flachen Seite festgekittet wird. Neben optimaler :ichtübertragung wird so eine starre Befestigung zwischen dem Austrittschirm und dem optischen Übertragungssystem erhalten, so daß optische Aberrationen durch ungenaue optische Positionierung, beispielsweise in bezug auf die optische Achse der Vorrichtung, vermieden werden. Die sonstige erforderliche Nachfokussierung des optischen Übertragungssystems zum Austritts-Leuchtschirm wird so ebenfall vermieden. Außerdem wird Entfokussierung durch atmosphärische Druckschwankungen, Temperaturänderungen u.dgl. vermieden.
• In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Austritts- Leuchtschirm zwei Teilschichten, von denen eine erste Teilschicht sich in der Nähe des Austrittsfensters befindet und verhältnismäßig wenig Nachleuchten afweist. Wenn für eine zweite Teil-Leuchtschicht im Abstand vom Austrittsfenster und mit einem Leuchtstoffbestand mit einer üblichen oder verhältnismäßig kurzen Nachleuchtdauer eine Dicke gewählt wird, die für eine anzulegende hohe Spannung ausgelegt ist, kann zwischen einem Austrittsbild mit verhältnismäßig kurzer (ober üblicher) Nachleuchtdauer und einem Austrittsbild gewählt werden, das zur Geräuschintegration erwünscht ist und eine verhältnismäßig kurzen Nachleuchtdauer hat, wobei diese Wahl durch Hochspannungsänderungen ermöglicht wird. Erwünschte Geräuschintegration wegen der Art oder der Bearbeitung der diagnostischen Abbildung läßt sich also durch bloße Hochspannungsänderungen in der Röntgenbildverstärkerröhre selbst verwirklichen. Derartige Geräuschintegration geht nicht auf Kosten eines Lichtverlustes. Aktivierung einer Austritts- Leuchtschirms mit langer Nachleuchtdauer ist insbesonder mit einer Auslesung über ein nichtintegriertes Auslesesystem wie z.B. eine CCD-Kamera verknüpft.
• Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsapparat,
• Fig. 2 ein Innenelement des Austrittsfensters für den Röntgenuntersuchungsapparat, und
• Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Austrittsfensters, das optisch mit einer ersten Linse eines relevanten optischen Grundsystems verknüpft ist.
• In der Zeichnung sind eine Röntgenquelle 1 mit einer Stromversorgung 2, ein Patientenuntersuchungstisch 3 für einen zu untersuchenden Patienten 4, eine Röntgenbildverstärkerröhre 5, ein Objektiv-Grundsystem 6, ein halbtransparenter Spiegel 7, eine Filmkamera 8, eine Fernsehaufnahmeröhre 9 und ein Fernsehmonitor 10 eines Röntgenuntersuchungssystems dargestellt. Die Röntgenbildverstärkerröhre 5 enthält ein Eintrittsfenster 11, einen Eintrittsschirm 12 mit einer Leuchtstoffschicht 13, vorzugsweise aus CsI, eine Photokathode 14 und einen Austrittsschirm 15. Die Röntgenbildverstärkerröhre enthält ebenfalls ein elektronenoptisches System 16, das neben dem Eintrittsschirm 12 und dem Austrittsschirm 15, das vorzugsweise an der Innenseite eines Austrittsfensters 18 angebracht ist, ein elektronenoptisches System 19, das eine oder mehrere Zwischenelektroden enthält, die nicht einzeln dargestellt werden. Ein ankommendes Röntgenbündel 20 strahlt einen Teil eines zu untersuchenden Patienten an. Ein dabei übertragenes bildtragendes Röntgenbündel 21 erreicht dabei den Eintrittsschirm 12. Das den Eintrittsschirm erreichende Röntgenbündel 21 wird im Eintrittsschirm in ein bildtragendes Photoelektronenbündel 22 umgesetzt, das zum Abbilden am Austrittsschirm 15 beispielsweise auf 25 kV beschleunigt wird. Ein im Austrittsschirm 15 erzeugtes bildtragendes Lichtbündel 24 tritt über das Austrittsfenster 18 aus der Bildverstärkerröhre. Dieses Lichtbündel wird nach Bedargf zum Belichten einer photografischen Platte 26 in der Kamera 8 oder eines Targets der Femsehaufnahmeröhre 9 verwendet. Entsprechend dieser Patentanmeldung enthält ein Ausgangsabschnitt 30 den Austrittsschirm 15,das Austrittsfenster 18 und das optische Grundsystem 6.
• In Fig. 2 ist ein Innenelement 32 des Austrittsfensters dargestellt, dasals Träger für den Austrittsschirm 15 dient. Das Innenelement 32 besteht vorzugsweise aus Glas und seine Seite 34 zum Tragen des Austrittsschirms ist konkav. Eine derartige konkave Form macht die Verwirklichung einer optimalen Bildebene zum Abbilden des Photoelektronenbündels möglich. Sie kann auch zum Ausgleichen von Bildebenenabweichungen des optischen Grundsystems dienen. Wenn die konkave Form zu einer Form des Austrittsfensters führt, die sich aus linsenoptischer Sicht weniger eignet, kann Ausgleich mit Hilfe der Austrittsfläche 36 des Innenelements erhalten werden, das in der Zeichnung flach dargestellt ist. Also kann eine optimale konkave Form zum Fokussieren der Photoelektronen immer mit einer optimalen Objektebene für das optische Grundsystem kombiniert werden.
• Das Austrittsfenster kann ein faseroptisches Fenster enthalten, aber auch aus einem homogenen Glas bestehen, wobei eine optische Replik an der Außenseite des Fensters festgekittet werden, umbekannte Aberrationen in den Abbildungseigenschaften des optische Grundsystems auszugleichen. Der Vorteil einer getrennten Replik besteht darin, daß die Röntgenbildverstärkerröhre und das optische Grundsystem universell verwendbar bleiben und daß angeglichener Vorausgleich mit Hilfe der Replik und der bekannten Abbildungseigenschaften des optischen Grundsystems erzielbar ist.
• In Fig. 3ist ein Austrittsfenster 80 mit einer in einem konkaven Teil einer Innenfläche 82 abgelagerten Leuchtstoffschicht 15 und einer Linse 86 dargestellt, die auf einer flachen Außenseite 84 angeordnet ist und eine erste Linse des optischen Grundsystems 6 darstellt. Eine Krümmung einer Trägerfläche 88 nach Bedarf für das optische Photoelektronensystem kann, auch wenn ein homogenes Glasfenster benutzt wird, mit einer optimalen Objektebene für das optische Grundsystem kombiniert werden. Da zwischen dem Austrittsfenster und einer ersten Linse des optischen Grundsystems kein Spielraum vorhanden ist,sind optimale Fokussierung und richtige steife Montage gewährleistet. Das Austrittsfenster 80 bildet auch in Konjunktion mit der Linse 86 ein verhältnismäßig dickes Austrittsfenster, so daß das Auftreten von Lichthoferscheinungen im Austrittsbild ebenfalls vermieden wird. Ein derartiger Aufbau kombiniert optimale Bildübertragung mit einer hohen Lichtausbeute. Letztgenannte Ausbeute wird erhalten, indem Gradienten beim Verkoppeln des Austrittsfensters mit einer ersten Linse des optischen Grundsystems vermieden werden und außerdem ein homogenes Glas verwendet wird, in dem der Lichtverlust wesentlich geringer ist als in einem faseroptischen System. Eine zqweite Linse 88 vervollständigt das optische Grundsystem 6, wobei die gewünschten Bilder auf übliche Weise erzeugt werden können.

Claims (5)

1. Röntgenuntersuchungsapparat

- mit einem Röntgenbildverstarker (5) mit

- einem Eintrittsschirm (12) mit einer Photokathode,

- einem elektronenoptischen System (22),

- einem Austrittsabschnitt (30) mit einem Leuchtschirm (15) auf einem Austrittsfenster (18),

- einer Bildaufnahmeanordnung (9) zum Ableiten eines elektronischen Bildsignals aus einem lichtoptischen Bild am Austrittsfenster (18), und

- einem lichtoptischen Bildübertragungssystem (6) auf einer lichtempfindlichen Fläche (28) der Bildaufnahmeanordnung (9),

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Austrittsfenster (18) ein Innenelement (15, 32, 80) und ein Außenelement (86) enthält,

- wobei das Innenelement eine konkave Innenfläche (34, 82) hat, die der Photokathode zugewandt ist und den Leuchtschirm (15) trägt,

- das Innenelement eine von der Photokathode abgewandte ebene Außenfläche (84) hat,

- das Außenelement als Eingangslinse für das Bildübertragungssystem dient und

- eine der ebenen Außenfläche des Innenelements zugewandte ebene Innenfläche sowie

- eine gekrümmte Außenfläche hat, die dem lichtoptischen Übertragungssystem zugewandt ist, und das Außenelement mit dem Innenelement verkittet ist, um eine steife Verbindung zwischen dem Austrittsfenster (18) und dem Bildübertragungssystem (6) zu bilden.

2. Röntgenuntersuchungsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenelement (86) eine flach-konkave oder flach-konvexe Linse ist.

3. Röntgenuntersuchungsapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenelement ein faseroptisches Fenster enthält.

4. Röntgen untersuchungsapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das faseroptische Fenster mit einem Störfilter versehen ist.

5. Röntgenuntersuchungsapparat nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Leuchtschirm

- eine erste Teilschicht aus einem Leuchtstoff mit einer ersten Nachleuchtdauer, und

- eine zweite Teilschicht aus einem Leuchtstoff mit einer zweiten Nachleuchtdeuer enthält.