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Einrichtung zur Herstellung von Schichtaufnahmen von Objekten mittels
Wellen- und Korpuskularstrahlen, insbesondere Röntgenstrahlen, nach dem Schnittbildverfahren
und dafür vorgesehene Röntgenröhre Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, um Feinstrukturen
innerhalb von körperlichen Gebilden, insbesondere von organischen Körpern, nach
dem Schnittbildverfahren sichtbar zu machen, vorzugsweise zur Anwendung für die
ärztliche Diagnose. Für die Durchstrahlung kommt dabei neben der elektromagnetischen
Wellenstrahlung, und hier insbesondere der Röntgenstrahlung, auch noch die Korpuskularstrahlung
in Betracht.
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Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß sie besteht aus einer Vorrichtung an sich bekannter Art zur Bildung von zu faden-
oder strichförmigen Strahlenbündeln scharf ausgeblendeten Strahlen, z. B. Röntgenoptiken
oder Blenden, mit einer Anordnungserzeugung zweier sich unter einem Winkel im Objekt
schneidender Strahlen zur Abbildung einer vorbestimmten Schicht im Objekt und ferner
aus einer Vorrichtung, die eine gegenläufige Bewegung der Strahlenquelle einerseits
und von Filmen andererseits herbeiführt und die außerdem eine intermittierende fortschreitende
Bewegung des Drehpunktes in der Schnittebene derart bewirkt, daß die Abbilder der
jeweils durchstrahlten Flächendifterentiale mosaikartig aneinandergereiht werden.
Die gegenläufige Bewegung von Strahlenquelle und Film zur Herstellung der Differentialaufnahmen
kann dabei durch gleichsinniges Kreisen von Röhren und Filmen bewirkt werden, während
das intermittierende Fortschreiten des Drehpunktes zum Aneinanderreihen der Differentialaufnahmen
entweder durch eine intermittierende Verlagerung des Objektes nach jeder Differentialaufnahme
oder durch eine entsprechende Relativbewegung von Röhren und Film zum Objekt erfolgen
kann.
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Zweckmäßigerweise werden bei einer Einrichtung nach der Erfindung
Röntgenröhren verwendet, wie sie in den Ansprüchen 3 und 4 niedergelegt sind. Die
Anwendung konvergierender Strahlen bei sogenannten Schnittbildzeichnungen ist an
sich bekannt. Bei diesen wird jedoch lediglich eine der ausnutzbaren Verwischungsmöglichkeiten
des tomographischen Verfahrens dargestellt, indem statt der linearen Verwischung
mit ihren Nachteilen eine kreisförmige gewählt wird. Die Überschneidung der Strahlen
im Sinne eines Doppelkegels wird dabei von einer einzigen Strahlenquelle bewirkt,
die sich zeitlich und räumlich nacheinander auf einem Kreis bewegt, während sich
mit Hilfe einer verhältnismäßig komplizierten mechanischen Anordnung eine entsprechende
Gegenbewegung des Filmes vollzieht. Auch andere Einrichtungen bekannter Art, die
mit konvergierenden Strahlen arbeiten, bedienen sich einer kreisförmig bewegten
Strahlenquelle mit Strahlendoppelkegel und unterscheiden sich von der vorgenannten
lediglich durch eine vereinfachtere mechanische Ausbildung, befassen sich jedoch
ebenfalls nicht mit der besonderen Aufgabe einer Aufklärung von Feinstrukturen,
worin das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt, sondern nur mit der bisher gebräuchlichen
Darstellung tomographischer Grobstrukturen in etwas größerer Genauigkeit.
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Auch die fernerhin bekannte Anordnung mehrerer Röntgenröhren derart,
daß ihre Strahlungen in einem Punkt konvergieren, betrifft nicht die besondere Aufgabe
gemäß vorliegender Erfindung, sondern ausschließlich Einrichtungen zur reinen Behandlung
nach erfolgter Lokalisierung mit dem Zweck, das Feuer auf tiefergelegene Körperherde
unter Schonung der Haut mittels eines Kreuzfeuers zu konzentrieren. Dabei wird der
sich zwangläufig bildende Zweistrahlenkegel nicht ausgenutzt.
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Die Arbeitsweise der gewöhnlichen Tomographie, gleichgültig, ob mit
linearer, kreisförmiger, ellipsenförmiger oder sonstiger Verschiebung dabei gearbeitet
wird, benutzt nur eine Strahlenquelle und nur einen Film oder allenfalls mehrere
übereinanderliegende (Simultankassette) mit dem Ergebnis einer Grobstrukturdarstellung
im Sinne des Summationseffektes einer unausgeblendeten Strahlenquelle mit allen
Unzulänglichkeiten, die oft nur durch Änderung der Verwischungsrichtung zu korrigieren
ist.
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Durch Verwendung einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung
dagegen wird nicht durch gegenläufige Verschiebung von Röhre und Film durch die
Grölle
des Pendelwinkels und durch eben diese Verschiebung die Schnittebene im Körper gewonnen,
sondern sie ist bereits von vornherein bei Stillstand der Apparatur durch die zwei
sich überschneidenden Strahlenbündel praktisch vorhanden. Die fein ausgeblendeten
Strahlenbündel legen durch ihre Uberschneidung von vornherein eine feinstmögliche
Schnittebene fest, worauf bei linearer Verschiebung oder durch Rotation sich Bildreihe
an Bildreihe legt auf den beiden in einer Ebene aber räumlich auseinanderliegenden
Filmen. Dadurch entstehen unterschiedliche Bilder, die zumindest einen pseudostereoskopischen
Effekt ergeben.
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Mit Hilfe einer Einrichtung gemäß der Erfindung gelingt es, praktisch
messerscharf in die Feinststruktur von Körpern einzudringen bei gleichzeitiger Verwischung
aller außerhalb der Schnittebene liegenden Ohjektelemente, so daß hinsichtlich der
Ätiologie der verschiedenen Erscheinungsformen von krankhaften Veränderungen und
Gebilden Erkenntnisse im Sinne einer Röntgenhistologie gewonnen werden können, die
nicht vergleichbar sind mit den nach den hauptsächlich angewendeten Verfahren der
Röntgenologie gewonneuen homogenen bzw. grobstruktuierten Schattenbildern.
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Das bisherige Röntgenbild ist eine mehr oder weniger differenzierte
Schwarzweißzeichnunb eines dreidimensionalen Körpers auf eine zweidimensionale Eben,
in diesem Fall den Film hzw. Fluoreszenzschirm. Ursache dafür ist die unterschiedliche
Ahsorption von Röntgenstrahlen, die nach einem physikalischen Gesetz vonstatten
geht. Gleichgültig. oh man Röntaenbilder als reale Ahbildung des durchstrahlten
Objektes ansieht oder als einen Ausdruck von Summations-, Subtraktions-, Tangential-,
Machscher- oder Überdeckungs- und Projektionseffekte; in jedem Fall ist das Röntgenbild
ein objektives Dokument, bestehend aus dem Wechsel von dunklen und hellen Flächen,
ein Nebeneinander von Kontrasten, aus deren Form, Art, Begrenzung und Verlauf gegeneinander
sich scheinbar ein sicherer Rückschluß auf Dicke, Dichte, Größe, Lage und Form sowie
Struktur der einzelnen schattengebenden Objektelemente ziehen läßt.
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Leider gibt es wenig objektive Bildeindrücke, die bei den Röntgenstrahlen
als medizinische Methode eine sogenannte Röntgendiagnose erlauben, so z. B. die
U lkusnische, Frakturspalten, typische Konkremente bei Gallensteinen, das unverkennbare
Bild des Pneumo-oder Fluidothorax, verkalkte Primärkomplexe und Lymphknoten, Wurzelgranulome,
spondilitische oder arthrotische Knochenzacken und -wülste. Meist handelt es sich
um primär unklare mehrdeutige Symptome, die klinisch und röntgenologisch noch weiter
hearbeitet werden müssen, es sei durch Tomo-, Kymo-, gegebenenfalls Stereo- und
Endoradiographie sowie Serienkontrolle, weil das Röntgenbild in den meisten Fällen
keine ätiologische Diagnose gestattet.
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Eine Bildauswertung im histologischen Sinne, um eine ätiologische
Diagnose zu ermöglichen, möglichst objektiv und unabhängig vom Subjektiven, ermöglicht
die bisherige Röntgenologie nicht.
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Eine wertvolle Bereicherung für die Röntgendiagnostik brachte neben
der Kymographie zweifellos die Tomographie bzw. Schichtbildaufnahme für die Sichtbarmachung
von Befunden innerhalb und unter relativ strahlenundurchlässiger Umgebung für den
Nachweis und die Lokalisation von Zerfallshöhlen, für Veränderungen bzw. Stenosen
am Bronchialbaum usw. Die Mängel des Verfahrens beruhen aber auf der verhältnismäßig
großen Schichtdicke von etwa
2 bis 5 mm lrei der praktischen Anwendung. In der Literatur
finden sich sehr widersprechende Angaben über die reale Schichtdicke. Wenngleich
Pöschl mathematisch für die am Tomographen üblichen Abstandswerte und 500 Pendelwinkel
eine Schichtdicke von 0,72 mm errechnete, hat man praktisch mit einer Schichtdicke
von 2 bis 5 mm zu rechnen, wol)ei nach Hausser längliche Ohjektteile, die parallel
zur Verwischungsebene liegen, sogar noch scharf dargestellt erscheinen, selbst wenn
sie sich außerhalb der eingestellten Schicht befinden. Dadurch werden bei linearer
Verwischung Bildelemente in die Schichtebene hineingeholt, die außerhalb der eingestellten
Schicht liegen.
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Eine genaue Lokalisation ist dann nur durch Änderung der Verwischungsebene
zu ermöglichen. So bringt selbst die Tomographie manchmal nicht die gewünschte Klarheit,
sondern schafft unter Umständen sogar noch Unsicherheit und Verwirrung (z. B. beim
Kavernennachweis). Somit stellt auch das tomographische Verfahren nur ein verhältnismäßig
grobes Verfahren dar.
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RiIan muß sich eben darüber klar sein, daß es eine Schicht mit einer
Tiefenausdehnung in dem Sinnt nicht gibt, daß diese einen hestimmten Raum einnehmende
Schicht nun völlig »scharf« wäre, während sich das darunter und darüber Gelegene
verwischt ab bildete. Es ist hier vielmehr ähnlich wie bei der Tiefen schärfe in
der Fotografie; die ahsolut scharfe Schicht hat theoretisch absolut keine Tiefenausdehnung
d. h. sie ist eine zweidimensionale Ebene.
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Nach dem Vorstehenden beruht die Einrichtung gemäß der Erfindung
auf der Zielsetzung, unter An wendung der Verwischung bei der Tomographie Verhältnisse
zu schaffen, bei denen man es nicht mehr mit einer Schicht, sondern mit dem theoretischen
Ideal der zweidimensionalen Ebene möglichst angenäherter äußerst dünner Schicht
zu tun hat, aus welcher die Abbildungen erfolgen sollen; was erreicht ist durch
die gekreuzten, scharf ausgeblendeten Strahlenbündel, sei es in Form eines Bandes
oder eines sogar mikroskopisch feinen Fadens. Zur Abbildung einer Ebene an vorbestimmter
Stelle des Objektes wird die Kante des beim Durchkreuzen bandförmiger Strahlenbündel
gebildeten Keiles längs dieser Ebene verschoben, indem man die fest miteinander
verbundenen Strahlenquellen während der Aufnahme zweckmäßig kreisbogenförmig um
das aufzunehmende Objekt herumführt und die Filme mit gleicher Geschwindigkeit gegenläufig
zur Bewegungsrichtung der Strahlenquelle bewegt werden. Der pseudostereoskopische
Effekt bietet die Niöglichkeit, eine Kontrastwirkung dadurch zu erhalten, daß man
mit unterschiedlicher Strahlung hei den einzelnen Strahlenbündeln arbeitet, d. h.
von der einen Strahlenquelle eine härtere und von der anderen eine weichere Strahlung
liefern läßt. Es empfiehlt sich auch eine entsprechende Filterung eines Strahlenhündels
zur Ahschwächung nach dem Strahlenaustritt aus dem Objekt.
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Die Verwendung einer Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die
Ermittlung von Feinststrukturen und damit nunmehr die Erkennung der histologischen
Struktur normaler wie pathologischer Gebilde, z. B. in der Differentialdiagnostik
von Lungenrundherden wie Chondromen, Zysten, Abszessen u. dgl. zu unterscheiden.
Auch paramediastinale Verschattungen, wie z. B. Lymphogranulome, leukämische, sarkomatöse,
tuherkulöse, krebsige Lymphknotelltumoren dürften sich differenzieren lassen, ebenso
kleinherdige, multiple Lungenverschattungen, wie miliare Tbc oder Carcinose, Pneumokoniosen,
Amyloidose usw. Der besondere Vorteil liegt dabei darin,
daß eine
solche Aufklärung auf unblutigem Wege erhalten werden kann.
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Das Verfahren ermöglicht es gegebenenfalls sogar, schon im Frühstadium
einen Befund zu fällen, denn die da noch sehr geringfügigen Veränderungen betreffen
äußerst feine Strukturen, zu deren Erkennen gerade die Erfindung die geeigneten
Mittel mit ihrem Verfahren und Vorrichtungen liefert.
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Nur mag es manchmal angezeigt sein, in den Fällen, wo man entweder
Frühstadien fassen oder eine besondere Feinstrukturauflösung treiben will, noch
suhtilere Mittel anzuwenden, als sie mit dem gekreuzten faden-oder bandförmigen
Strahlenbündel zur Verfügung stehen.
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Nu an verwendet dann an Stelle fadenförmiger Strahlenbündel solche
in Punktform nach Art der Vallebonaschen Röntgen-Mikroskopie. Mit ihnen erhält man
dann Doppelbilder, in denen eine große Anzahl von Punkten wie in einem Rastersystem
abgebildet sind.
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Für solche Fälle, in denen die mikroskopische Schichtehene nicht
nur in einer Bewegungsrichtung vom Strahlenkeil durchwandert werden soll, sondern
in beliebigen verschiedenen Bewegungsrichtungen, z. B. von rechts nach links oder
diagonal, kommt die Einrichtung in Betracht bei der die Strahlung von einem Kreis
ausgeht, welcher die Basis eines Kegelstumpfes darstellt, mit der Maßgabe, daß die
punl;tförmige Strahlenquelle fortschreitend gleichsinnig diesen Kreis umläuft. Zwei
von derartigen auf dem Kreis einander gegenüber befindlichen Strahleaquellen ausgehende
Strahlenbündel bilden in ihrem Kreuzpunkt die Kante eines Keiles, die bei dem gleichzeitigen
Umlaufen der beiden Strahlenquellen die Decl;fläche eines Kegelstumpfes bildet.
Der Durchmesser der Kegelstumpfdeckfläche befindet sich dann, wie der genannte Keil,
der durch das Durchkreuzen zweier Strahlenbündel entsteht, gerade in der Ebene,
welche innerhalb des Objektes zur Aufnahme gewünscht wird. Die Strahlen setzen sich
selbstverständlich über die Kegelstumpfdeckßäche hinaus fort und bilden somit zwangläufig
Kreisringe auf einem Film ab. Durch eine mikrometerschraubenartige Verschiebung
der rotierenden Keilspitze in Richtung der Strahlen gelingt es, gewissermaßen wie
mit einem Bohrer, die betreffende Gewebescllicht zu erschließen und schichtweise
aufzulösen. In der praktischen Durchführung wendet man indessen nicht etwa eine
kreisringförmige Strahlenquelle an, sondern eine Einrichtung, in der zwei Strahlenquellen
in Gestalt zweier Röntgenröhren miteinander gekoppelt sind und die zur Erzeugung
eines Strahlenganges analog dem Vorhergesagten rotieren. Diese beschreiben in Abhällgigkeit
von der Kreisbahn, welche die Strahlenquellen ausführen, auf dem Film Kreishewegungen
wobei korrespondierende Bilder entstehen, die sich in Form kreisförmiger Abbildungen
innerhalb eines Kreisringes gegenüberliegen. Zur Auswertung dieser Aufnahmen wird
man bei stereoskopischer Betrachtung die Bilder in einem Bildgerät drehen, so daß
jeweils die korrespondierenden, im Kreisring einander gegenüberliegenden Abbildungen
gleichzeitig betrachtet werden können.
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Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen.
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In dieser Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung Fig. 1 die
erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt, Fig. 2 eine Ansicht der Anode von unten,
Fig.
3 den von der Anode ausgehenden kegelförmigen Strahlengang, Fig. 4 das sich in Kreisringform
ergebende Bild auf dem Film bei Verwendung der in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung,
Fig. 5 zwei in der Schnittkante sich treffende Strahlenbündel in zwei beliebigen
Stadien der Rotation.
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Im einzelnen wird in Fig. 1 die Anode mit 1 bezeichnet, die die Gestalt
eines Tellers mit sehr steilem Rand aufweist. Der innere Rand 2 der tellerförmigen
Anode hat eine gewisse Winkelneigung, damit die durch den Elektronenstrom erzeugte
Röntgenstrahlung in bestimmter Richtung von der Anode ausgesendet wird. Die Glühkathode
3 befindet sich im Zentrum der Anode, so angeordnet, daß die von ihr ausgesendeten
Elektronen auf dem Innenrand der Anode auftreffen.
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Mit 4 sind die Zuleitungen zur Kathode, welche von einer isolierenden
Schicht 5 umgeben wird, bezeichnet.
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Zur Durchführung der vorgenannten Teile befindet sich zentral in der
Anode eine hoffnung.
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Ein drehbarer Mantel 6, der mit zwei Schlitzen 7 versehen ist, umgibt
die Glühkathode. Hierdurch wird verhindert, daß der Gesamtumfang des Innenrandes
der Anode ein Elektronenbombardement erfährt. Lediglich aus den beiden Schlitzen
des Mantels, die zweckmäßig auf dem Umfang des Mantels sich in Richtung des Durchmessers
gegenüberliegen, treten Elektronenströme aus. Diese sind stark schematisiert mit
8 hezeichnet. Der Innenrand der Anode ist mit einem Stoff belegt, welcher die Röntgenstrahlen
zu erzeugen gestattet. Hierfür kommt in erster Linie Wolfram in Frage. Da dieses
Metall verhältnismäßig teuer ist, empfiehlt es sich unter Umständen nicht, den ganzen
Rand zu belegen, sondern nur bestimmte Stellen. Es ergibt sich dann, wie es in Fig.
2 gezeigt wird, ein Bild, das dem Zifferblatt einer Uhr ähnelt. Bei der Drehung
des Mantels streichen also die Elektronenstrahlen über den Innenrand und treffen
auf die in Ahständen angeordneten kleinen Wolframauflagen auf.
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Die von der Anode ausgesandten Röntgenstrahlenbündel sind in Form
eines Strahles in der Fig. 1 dargestellt und mit 9 bezeichnet. 10 sind Blenden,
die es gestatten, die Strahlenbündel besonders fein auszublenden. Sie befinden sich
zweckmäßig innerhalb der Röhre 11, können aber auch in passender Weise für sich
außerhalb der Röhre angeordnet werden, eventuell in Mehrzahl, eventuell sogar hinter
dem Objekt zum Ausblenden von einer bestimmten Höhe und Breite des Röntgenstrahlenhündels,
um damit bestimmte vergrößerte Bildformate zu erhalten.
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In Fig. 3 bedeuten die beiden äußersten Geraden die jeweils zu gleicher
Zeit von gegenüberliegenden Stellen der Anode ausgesendeten Röntgenstrahlenbündel.
Die dazwischenliegenden, nicht durchgezogenen Geraden sollen zum Ausdruck bringen,
daß sich das in der Fig. 3 gezeigte Bild ergibt, wenn man sich die in den einzelnen
Umlaufphasen des Mantels ergebenden Lagen der Strahlenbündel in die Zeichenebene
projiziert. Es ergibt sich bei einem Strahlengang, wie vorstehend an Hand der Fig.
3 erläutert wird, auf dem Film 15 eine kreisförmige B ilddarstellung, welcher durch
geeignete Blenden auch eine eventuell andere, z. B. rechteckige Gestaltung gegeben
werden kann, in welcher mit 16 das Einzelbild bezeichnet wird, dem ein korrespondierendes
Bild 16 cd entspricht. Nach röntgenoptischen Gesetzen müssen diese korrespondierenden
Einzelbilder gleichzeitig eine Vergrößerung der in der Mikroschnittehene erfaßten
Bildelemente sein.
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Im Schnittpunkt der Strahlenbündel wird, soweit die Strahlenbündel
bandförmig ausgeblendet sind, gewissermaßen
die Kante eines Keiles
gebildet. Umlaufen nun die beiden Strahlenbündel am Ort ihrer Entstehung eine Kreisbahn,
wie z. B. gemäß den Fig. 1 und 3 schematisch dargestellt, so dreht sich bestimmungsgemäß
die Keilkante in der abzubildenden Ebene, wobei eine Kreisfläche von der Kante bestrichen
wird.
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Sie wird schematisch in einer perspektivischen Darstellung in Fig.
5 gezeigt.
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An Stelle einer einzigen mit einem drehbaren Mantel umgebenen Elektronenquelle,
wie in Fig. 1 gezeigt, kann man zur Erzeugung von zwei gleichzeitig ausgesendeten
Röntgenstrahlenbündeln zwei Elektronenquellen anordnen mit der Maßgabe, daß sie
auf einem rotierenden Teil einander gegenüberliegend angeordnet sind. Zweckmäßig
befinden sie sich in einem Winkel von 1800 zueinander, so daß bei der Rotation dieser
Drehkathode jeweils zwei Stellen des Wolframbelages auf der umgebenden Anode gleichzeitig
getroffen werden.
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PATENTANSPROCHE 1. Einrichtung zur Herstellung von Schichtaufnahmen
von Objekten mittels Wellen- und Korpuskularstrahlen, insbesondere Röntgenstrahlen,
nach dem Schnittbildverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht aus einer
Vorrichtung an sich bekannter Art zur Bildung von zu faden-oder strichförmigen Strahlenbündeln
scharf ausgeblendeten Strahlen, z. B. Röntgenoptiken oder Blenden mit einer Anordnung
zur Erzeugung zweier sich unter einem Winkel im Objekt schneidenden Strahlen zur
Abbildung einer vorbestimmten Schicht im Objekt, und ferner aus einer Vorrichtung,
die eine gegenläufige Bewegung der Strahlenquelle einerseits und von Filmen andererseits
herbeiführt und die außerdem eine intermittierende fortschreitende Bewegung des
Drehpunktes in der Schnittebene derart bewirkt, daß die Abbilder der jeweils durchstrahlten
Flächendifferentiale mosaikartig aneinandergereiht werden.