DE940775C

DE940775C - Vorrichtung zur Herstellung von Durchleuchtungsbildern von Koerperschnitten

Info

Publication number: DE940775C
Application number: DEN5082A
Authority: DE
Inventors: Stephan Gradstein
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-02-15
Filing date: 1952-02-13
Publication date: 1956-03-29
Also published as: US2667585A; GB704586A; CH298667A; FR1050819A

Description

AUSGEGEBEN AM 29. MÄRZ 1956

N 5082 VIII c/2ig

Durch Anwendung einer bestimmten Technik können Röntgenbilder mit besonders geringer Schärfetiefe hergestellt werden. Sich zu diesem Zweck gut eignende Röntgengeräte unterscheiden sich von Geräten zum Herstellen üblicher Röntgenbilder dadurch, daß während der Herstellung der Aufnahme die Strahlenquelle verschoben wird, z.B. auf einer in einer Ebene liegenden, zur abzubildenden Schicht parallelen Bahn. Gleichzeitig wird der zum abzubildenden Schnitt parallele Bildträger in entgegengesetztem Sinne derart bewegt, daß der während einer Aufnahme durch irgendeinen Punkt des abzubildenden Schnitts wandernde Röntgenstrahl nach wie vor denselben Punkt des Bildträgers trifft.

Eine Vorrichtung dieser Art wird auch zum Durchleuchten verwendet. Der Bildträger besteht dabei aus einem Fluoreszenzschirm, und unter Zuhilfenahme eines aus einem Spiegel oder mindestens einer Linse bestehenden, auf angemessene Weise bewegten optischen Systems kann bewerkstelligt werden, daß sich das optische Bild in entgegengesetztem Sinne wie das Bild des sich bewegenden Bildträgers bewegt, so daß dieses anscheinend in Ruhe bleibt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung dient gleichfalls zum Herstellen von Durchleuchtungsbildern dünner Schnitte unter-Venwendung einer sich bewegenden Röntgenstrahlenquelle und eines die Röntgenstrahlen auffangenden unbeweglichen BiId-

trägers; sie kann sowohl zur medizinischen Untersuchung als auch zur Materialprüfung verwendet werden. Gemäß der Erfindung wirkt der die Röntgenstrahlen auffangende Bildträger mit einer elektronenoptischen Abbildungsvorrichtung zusammen, die mit Einrichtungen versehen ist, durch die das sich bewegende Bild in ein unmittelbar sichtbares - Bild umgewandelt wird, das für das Auge des Beobachters in Ruhe ist.

ίο Bei der Verwendung einer elektronenoptischen Wiedergabevorrichtung zum Verstärken von Röntgendurchleuchtungsbildern ist es bekannt, die photoelektrische Kathode durch Benutzung des von Röntgenstrahlen in einer geeigneten Bildschicht erzeugten Lumineszenzlichtes zum Aussenden von Elektronen zu aktivieren, wobei die Photokathode in optischem Kontakt mit dieser Bildschicht angebracht ist.

Zu den erfindungsgemäß angewendeten Mitteln »ο zum Umwandeln des sich bewegenden, auf den Bildträger projizierten Bildes in ein feststehendes Bild gehören elektrostatische oder magnetische Felder, die quer zur Richtung der Elektronenstrahlen der Photokathode angebracht sind. Sie sollen die sich zwischen der photoelektrischen Kathode und dem Fangschirm erstreckenden Elektronenbahnen ablenken. Die elektrostatischen Ablenkfelder können unter Zuhilfenahme mindestens eines Paars paralleler Platten erzeugt werden, zwisehen denen eine Spannung aufrechterhalten wird. Die Platten jedes Paars sind beiderseits der Elektronenbahnen angeordnet. Für die magnetischen Felder können Magnetspulen verwendet werden, von denen jeweils zwei gemeinsam das Feld erzeugende Spulen zum Ablenken in einer einzigen Richtung beiderseits der Elektronenbahn angeordnet sind. Die Ablenkung des Elektronenbündels kann durch Änderung der Spannung zwischen den Platten bzw. des Erregerstromes der Spulen entsprechend der Verschiebung des Röntgenbildes geändert werden.

Eine besonders gut geeignete Ausführungsform der Erfindung ergibt sich durch Verwendung einer feststehenden Röntgenröhre mit sich bewegendem Brennfleck. Eine feststehende Röntgenröhre, deren Brennfleck durch Ablenkung des den Röntgenstrahl erzeugenden Elektronenbündels unter Zuhilfenahme elektrostatischer oder magnetischer Felder über die Anodenfläche bewegt wird, ist bekannt und auch schon zur¹ Herstellung von Körperschnittbildern mit bewegtem Bildträger herangezogen worden. Durch Kopplung der die Stärke dieser Ablenkfelder ändernden Regelorgane mit Organen zum Regeln der Stärke der Ablenkfelder im Röntgenbildverstärker wird eine genaue Übereinstimmung zwischen der Verschiebung des Brennflecks in der Röntgenröhre und der des verstärkten Röntgenbildes bewirkt. Außerdem kann sich die Verschiebung mit großer Geschwindigkeit vollziehen, indem keine Massenkräfte überwunden werden müssen, wie -dies bei der Verwendung eines Geräts mit mechanisch bewegten Einzelteilen der Fall ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. ι stellt die schematische Anordnung der wesentlichsten Einzelteile einer Vorrichtung nach der Erfindung mit beweglicher Röntgenröhre dar, und

Fig. 2 stellt die gleiche Vorrichtung mit einer Röntgenröhre mit beweglichem Brennfleck dar.

Unter Zuhilfenahme des von der Röntgenröhre 1 gelieferten Röntgenstrahlenbündels 2 entsteht ein Schattenbildeines Teils des Gegenstands 3 auf der Bildschicht 4. Diese liegt auf dem flachen Boden 5, der das eine Ende des zylindrischen Glasrohrs 6 verschließt. Das andere Ende des Glasrohrs ist durch eine gleichfalls flache Wand 7 verschlossen. Auf ihr befindet sich ein fluoreszierender Schirm 8.

Die Bildschicht 4 besteht aus einem Material, das Lumineszenzlicht ausstrahlt, wenn es von den Röntgenstrahlen getroffen wird. Auf der Bildschicht 4 ist eine photoelektrische Kathode 9 angebracht. Sie besteht aus einem Material, das unter der 'Wirkung des in der Bildschicht 4 erzeugten Lichts Elektronen aussendet. Es ist bekannt, daß eine entsprechende Abbildung des Photokathodenbildes auf dem Fluoreszenzschirm 8 erzeugt werden kann. Dabei können ein elektrisches Beschleunigungsfeld' und eine elektronenoptische Linse ver- 90 wendet werden. Das Linsenfeld wird von der Magnetspule 10 erzeugt. Das Beschleunigungsfeld wird dadurch erzeugt, daß auf der Innenwand des Rohres 6 ein leitender Belag 11 angebracht wird, der sich bis in die Nähe der photoelektrischen Kathode erstreckt, und daß an die Photokathode eine elektrische Spannung gelegt wird. Vorzugsweise wird der Fluoreszenzschirm 8 auf einer dünnen, durchsichtigen, leitenden Schicht angebracht, die elektrisch mit dem leitenden Belag 11 verbunden ist.

Eine Abbildung der Schnittschicht 12 des Gegenstandes 3 wird dadurch hergestellt, daß während der Aufnahme die Röntgenröhre 1 zwischen den beiden in Fig. ι durch gestrichelte Linien angedeuteten äußersten Lagen α und b bewegt wird. Der Brennfleck der Röhre 1 muß nicht notwendigerweise eine geradlinige Bewegung vollführen, sondern kann z. B. eine kreisförmige oder spiralförmige Bahn in einer zur Ebene 12 des Körperschnittes parallelen Ebene beschreiben.

Bei einer Verschiebung der Röntgenröhre 1 verschieben sich die Schattenbilder von Teilen des Körpers 3, die innerhalb des Strahlenkegels auf der Bildschicht 4 liegen, da diese nicht verschoben wird, in entgegengesetztem Sinne. Gleichzeitig verschieben sich auch die auf der Photokathode 9 entworfenen Elektronenbilder. Infolgedessen würden auch auf dem Fluoreszenzschirm 8 sich bewegende Bilder entworfen werden. Zum Aufheben der Bewegung der Abbildung der im betrachteten Schnitt des Gegenstands liegenden Teile werden Ablenkfelder für die Elektronenstrahlen verwendet. Bei jeradliniger Verschiebung der Röhre wird ein elektrostatisches oder magnetisches Querfeld benötigt. Bei der Einrichtung nach Fig. 1 ist magnetische

Ablenkung benutzt. Eine der Spulen 13 des erforderlichen Spulenpaars ist gestrichelt angedeutet. Unter Zuhilfenahme des Röntgenstrahlenbündels wird, wenn die Röntgenröhre 1 die neutrale Lage einnimmt, auf der Bildschicht 4 ein Bild 15 des Pfeils 14 entworfen, das unter Zuhilfenahme der Photokathode 9 durch elektronenoptische Projektion auf den Leuchtschirm 8 übertragen wird, und dort durch den Pfeil 16 angedeutet ist. Dabei bewegen sich die Elektronen aus der Photokathode auf Bahnen, die auf den Schirm in Punkten auftreffen, deren Abstand von der Röhrenachse proportional zu dem der Anfangspunkte ist.

Wenn die Röntgenröhre 1 die Lage α einnimmt, ist das Bild des Pfeiles 14 nach oben verschoben. Damit das Bild auf dem Leuchtschirm auch bei schneller Bewegung nach wie vor beobachtet werden kann, muß bewirkt werden, daß es sich mit dem Bild 16 deckt. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß die Ablenkspulen 13 derart erregt werden, daß unter der Wirkung des erzeugten Magnetfeldes die Elektronenbahnen um den richtigen Winkel abgelenkt werden. Die Stärke des Ablenkfeldes muß nun während-der Verschiebung der Röntgenröhre dauernd geändert werden. Zu diesem Zweck kann eine Regelvorrichtung für den Spulenstrom mit einer Bewegungsvorrichtung für die Röntgenröhre gekoppelt und infolgedessen die Stromveränderung in den Spulen 13 von der Röntgenröhrenbewegung abgeleitet werden.

Bei der Bewegung der Röntgenröhre 1 in die Lage b müssen die Ablenkspulen 13 in entgegengesetztem Sinne erregt werden. Teile des Gegenstands, die vor oder hinter dem mit dem Pfeil 14 bezeichneten Schnitt liegen, werden nicht scharf abgebildet, sondern bilden bei hinreichend schneller Verschiebung der Röntgenröhre einen verschwommenen Hintergrund, von dem sich das Bild des abzubildenden Schnitts scharf abhebt.

Soll ein näher zur Röntgenröhre oder weiter von ihr entfernter Schnitt scharf abgebildet werden, so muß nur die Stärke des von den Magnetspulen 13 erzeugten Feldes zwischen anderen Grenzen geändert werden. Durch Regelung der Feldstärke des Ablenkfeldes wird es also ermöglicht, den erwünschten Schnitt des Gegenstands 3 auf den Leuchtschirm 8 scharf einzustellen, ohne daß eine Verschiebung des Gegenstands gegenüber der Röntgenröhre erforderlich ist.

Je ausgiebiger sich die Röntgenröhre bewegt, um so stärker wird die Verschwommenheit des Hintergrunds des Bildes. Es ist daher vorzuziehen, die Röntgenröhre auf einer kreisförmigen, geschlossenen Bahn zu bewegen. Zu diesem Zweck ist im Bildverstärker ein zweiter Satz von Ablenkspulen unter einem Winkel von 90⁰ zur Achse des Feldes angeordnet, das von den ersten Spulen erzeugt wird. Durch Kombination der Ablenkfelder entsteht bei Erregung der Spulen durch um 90⁰ phasenverschobene Wechselströme ein zusammengesetztes Ablenkfeld, dessen Feldvektor bei passender Wahl der Polarität der Erregerströme sich, zusammen mit der Röntgenröhre bewegt. Er führt die erwünschte Ablenkung der Elektronenstrahlen herbei, die bewerkstelligt, daß das Fluoreszenzbild des Schnittes des Gegenstands in Ruhe bleibt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung, die in Fig. 2 dargestellt ist, wird der Vorteil, daß die Bildschicht sich nicht bewegt und daß beim Anhalten des auf elektronenoptischem Wege erzeugten Leuchtschirmbildes keine Massenkräfte auftreten, besser ausgenutzt. Es wird eine Röntgenröhre 17 mit auf der Anode beweglichem Brennfleck verwendet. Die Bewegung des Brennflecks ergibt sich dadurch, daß der die Röntgenstrahlen erzeugende Elektronenstrahl abgelenkt wird. Die Röntgenröhre braucht in diesem Falle nicht bewegt zu werden.

Nach Fig. 2 besteht die Röntgenröhre 17 aus einem Glasgefäß 19, das mit einem Stutzen 20 versehen ist. Dieser enthält ein aus der Kathode 21, der Konzentrationselektrode 22 und der Beschleunigungselektrode 23 bestehendes Elektrodensystem zum Erzeugen eines gerichteten Elektronenbündels. Zwischen der Beschleunigungselektrode 23 und der im weiten Teil der Röhre angeordneten Anode 18 wird ein großer Potentialunterschied angelegt. Ein Halteorgan 24, das mit der Röhrenwand verbunden ist, dient zum Befestigen der Anode 18. Unter Zuhilfenahme eines elektrischen Feldes zwischen den go Platten des Ablenkplattenpaares 25 kann das Elektronenbündel abgelenkt und die Anprallstelle des Elektronenbündels über die Anodenfläche verschoben werden.

Die Röntgenröhre wird derart angeordnet, daß die von den Elektronen getroffene Oberfläche parallel zürn abzubildenden Schnitt 26 ist, der durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Auf der von der Röntgenröhre abgewendeten Seite ist der Bildverstärker 27 angeordnet, der entsprechend der vorstehend erörterten Einrichtung ausgebildet sein kann. Fig. 2 stellt eine Vorrichtung mit elektro statischer Fokussierung der Elektronenstrahlen dar. Die von der mit der Bildschicht zum Auffangen der Röntgenstrahlen kombinierten Photokathode kornmenden Elektronen bewegen sich durch eine in der Anode 29 vorhandene kleine Öffnung 30 nach dem Leuchtschirm 31. Das Anodenrohr enthält das Ablenkplattenpaar 32.

Infolge des Anlegens eines wechselnden Potential-Unterschiedes zwischen den Platten 25 der Röntgenröhre 17 bewegt sich der Brennfleck auf einer geraden Linie von oben nach unten und umgekehrt über die Oberfläche der Anode 18. Die Bewegung des Bildes, die hierbei über die kombinierte Bildschicht-Photokathode 28 durch elektronenoptische Projektion auf dem Leuchtschirm 31 entstehen würde, wird durch Anlegen ein.es passenden wechselnden Potentialunterschieds an die Platten 32 aufgehoben.

Die erforderlichen Ablenkspannungen werden einem Spannungsteiler 33 entnommen, der an eine Spannungsquelle 34 angeschlossen ist. Diese ist mit Klemmen 35 zum Anschluß an das Speisenetz versehen. Im einfachsten Fall besteht die Spannungsquelle 34 aus einem Transformator zum Umwandeln

der Netzspannung in einen zur Ablenkung erwünschten Wert. Sie kann jedoch auch als Frequenzumformer oder als Impulsgenerator ausgebildet sein.

Zur Erzeugung symmetrischer Ablenkspannungen ist die Mitte 36 des Spannungsteilers 33 elektrisch mit der Kathode 22 der Röntgenröhre 17 und mit der Anode 29 des Bildverstärkers 27 verbunden. Die Platten 32 sind elektrisch mit den Einstellorganen 37 und die Ablenkplatten 25 mit den Einstellorganen38 des Spannungsteilers verbunden, wodurch die Ablenkfelder in der Röntgenröhre und dem Bildverstärker gekoppelt sind und außerdem eine genaue Einstellung der beiden Feldstärken ermöglicht wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur' Herstellung von Durchleuchtungsbildern dünner Schnitte durch Gegenstände zur medizinischen Untersuchung und Materialprüfung mit auf einer in einer Ebene liegenden Bahn beweglicher Röntgenstrahlenquelle und einem Bildträger, der die Röntgenstrahlen auffängt und unbeweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger mit einer elektronenoptischen Abbildungsvorrichtung zusammenwirkt, die mit Einrichtungen versehen ist, durch die das sich bewegende Röntgenstrahlenbild auf dem Bildträger in ein unmittelbar sichtbares Bild umgewandelt wird, das für das Auge des Beobachters in Ruhe ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektronenoptische Abbildungsvorrichtung mit einer auf dem Bildträger angebrachten photoelektrischen Kathode und mit einem Fluoreszenzschirm versehen ist, der in gewissem Abstand von der Photokathode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Teil dieses Abstandes mindestens ein Querfeld wirksam ist, das die Elektronenbahnen derart ablenkt, daß der durch die Photokathode von einem beweg- ' liehen Bild ausgesandte Elektronenstrom den Leuchtschirm nach wie vor an derselben Stelle trifft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Vorrichtungen zum Bewegen der Röntgenstrahlenquelle und zum Regeln der Feldstärke für die Ablenkfelder im Bildverstärker eine solche Kopplung vorliegt, daß die Wirkung des Ablenkfeldes auf die Elektronenstrahlen sich entsprechend der Bewegung der Strahlenquelle ändert.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Röntgenröhre, die eine Anode mit großer Oberfläche hat, und mit Einrichtungen zum Ablenken des Elektronenbündels versehen ist, deren Erregung einer Spannungsquelle entnommen wird, die außerdem die Erregung der Ablenkmittel liefert, mit denen der Bildverstärker versehen ist.

Angezogene Druckschriften:.
Deutsche Patentschrift Nr. 726 595;
französische Patentschrift Nr. 876 016;
österreichische Patentschrift Nr. 152 528;
USA.-Patentschrift Nr. 2555545;
Röntgenblätter, 1949, S. 163 bis 167.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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