-
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.