DE1589072A1

DE1589072A1 - Bildwandler mit Bildspeicherroehre

Info

Publication number: DE1589072A1
Application number: DE19661589072
Authority: DE
Inventors: Sternglass Ernest J
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1965-10-14
Filing date: 1966-10-14
Publication date: 1970-01-22
Also published as: BE688218A; US3462601A; SE312614B; GB1170074A; NL6614310A

Description

Westinghouse Electric Corpoi^ation in iast Pittsburgh,

V.ot.A.

Bildwandler mit ^ilds^eicherruhre ■ .

Die Erfindung- bezieht sich ?.uf einen Bildwandler für energiereiche iClektronenstrnhluiif: zur Jrzeuo-ung einer graphischen Darstellung der Verteilung und konzentration von Jtrahlungsquellen.

dtrahlungsgeräte für die Diagnostik und Therapie gehören heutzutage zur Ausrüstung von Kliniken und unterliegen einer ständigen Weiterentwicklung, in der Diagnostik und Behandlung von Krankheiten hat sich die-ßenutzung von Radioisotopen als billiger und zweckmäßiger erwiesen als die Anwendung von Röntgenstrahlen und Radiumbestrahlung. Die Behandlung durch intravenöse Einbringung radioaktiver stoffe kann leichter und genauer erfo.lgen als die Behandlung mit tluiBeren otrahlungsquellen.

Bis vor kurzem bestand die einzige praktische Möglichkeit zur Aufspürung und räumlichen Verteilung von Radioisotopen im menschlichen Körper in der Anwendung von mechanisch bewegten Szintillationszählern. Hierbei wird ein richtungsempfindlicher Gammastrahlendetektor in parallelen Tastschwingungen über den

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zu untersuchenden Gegenstand bewegt und die in dieser Vorrichtung erzeugte elektrische Ausgangsleistung zur Urzeugung einer Abbildung der radioaktiven Verteilung auf einem xiegistriergerät verwendet, ain nie cn-mischer Jzir.tillationszähler weist üblicherweise einen Kristall -aus natriumiodid auf, der mit einer Pnotovervielf scherröhre gekuppelt ist. Jerozintillationszähler ■ sitzt dabei auf einem Träger, z.£. einem Ausleger, der längs einer Anzahl von parallelen, geradlinigen mahnen hin-und herwandert, um eine vorbestiramto Fläche -abzutasten, jjie in dem Kristall erzeugten ^zintiHationen (Lichtblitze), die auftreten, wenn gammastrahlen auf den Kristall fallen, werden, durch die Photozelle in elektrische Impulse umgewandelt, die ihrerseits benutzt werden, um e.ine graphische Abbildung der Verteilung der radioaktiven otoffe zu erzeugen. Mechanische .szintillationszähler benötigen 2u bis 6u iiinuten, um eine solche Abbildung herzustellen, uieser Zeitaufwand ist natürlich für den Patienten, der während dieser Zeit völlig bewegungslos bleiben muß, recht lästig, "überdies benötigen solche Geräte oft dosierte Strahlungen von hoher Intensität, die für den Patienten schädlich sein können. Hierdurch bleibt der Anwendungsbereich dieser Geräte meist auf wenig empfindliche Organe beschränkt.

In den letzten Jahren sind üzintillationskameras entwickelt worden, mit denen ein Strahlungsbild eines ganzen Organs in einem Behandlungsgang aufgenommen werden kann. In einer letzthin von H.O. Anger entwickelten Aufriähmekamera werden die Gammastrahlen mittels eines Röhrchenkollimators auf einen geeigneten

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Bilddetektor, s.u. auf einen Kristall, gerichtet. Jline Reihe von Photovervielfacherrohren ist hinter dem Kristalldetektor angeordnet, um sich überlappende- Flüchen des kristalldetektors au erfassen. Tritt eine Scintillation auf, so wird das hierdurch erzeugte ijicht auf die Photoverviclfacher aufgeteilt, wobei die nüchstiiegende Vervielfacherröhre ü?.s meiste Licht aufnimmt. Die in den Rohren erzeugten Impulse werden zunächst einem oignalmischgerät zugeleitet und kommen von dort zu einem Lageberechnungsgerät, das ein Ausgangssignal als Funktion der Lage des LichtblitEes auf dem Bildkristall und seiner Intensität erzeugt. Die von dem Computer kommenden uignale werden dann durch einen Pulshohendiskrimiiiator einer kathodenstrahlröhre zugeleitet, die sie zur sichtbaren Darstellung bringt. _..-■"

Ein wesentlicher liachteil dieses Aufnahmesystems für die Anger-Kamera besteht darin, daß die Größe der die Lage bestimmenden Signale und demgemäß die örtliche Lage des sichtbaren Aufleuchtens auf dem Bildschirm von der absoluten Höhe des Impulses der Photozelle abhängt. Die Genauigkeit des die Lage bestimmenden Signals ist daher von der Große und Breite der Aufnahmeöffnung des Pulshöhendiskriminators unmittelbar abhängig. Es ist daher erwünscht, eine Vorrichtung zu schaffen, die diese Abhängigkeit nicht aufweist.

Eine verbesserte Szintillationskamera ist von H.A. 3ender und Mo Blau vorgeschlagen worden. Bei diesem Gerät weist der Szintillationszähler eine von Kristallen auf. von denen jeder Kristall durch zwei optisch leitende Faserstäbe mit zwei Photozellen optisch gekoppelt ist. Jede-.Photozelle weist einen

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zugeordneten Pulshühendiskriminator auf, und das Ausgangssignal des uiskrlrain^tors ist von der Höhe dos ^ingangsimpulaes unab- hängig, wenn er oberhalb des Störpegels liegt, der von dem Pulshöhendiskrirainatcr eingestellt ist. xiincr der beiden Faser st übe ist optisch mit einer rho.tozelle verbunden, die die X-Koordinate des-Impulses auf den kristall aufnimmt,-während, der andere 1'¹Ctserstab mit einer Photozelle verbunden ist, die die !"-Koordinate des Impulses aufnimmt. Jeöer der X- und !-Verstärker hat eine feste getastete Ausgangsspannung, die unmittelbar an eine geeignete Abbildungsvorrichtung angelegt ist, z.L. nn eine Kathodenstrahlröhre .

öle vorerwähnten Ozintinations.3er.?te von Anger sowie von !Sender und Blau haben die verbesserte Fähigkeit, eine gegenüber den sonstigen Geräten wesentlich beschleunigte, bis zehnmal schnellere wiedergabe zu ermü^-'-ichcn. jjie erhöhte Jeschvjindigkeit bei o.er Herstellun;;' der -ibbildunr; erraörjlicht es, die dynamischen Vorraln;y3 im Körper und in den ^rganen eines Patienten in ihrer räumlichen juare sichtbar zu machen und iiadioisotope mit vjesentlich verminderter ο t rah lungs stärke zu verwenden. Las räumliche Auflösungsvermögen bei diesen Aufnahmesystemen liegt jedoch nur in der Größenordnung von Iu mm.

Obwohl in gewissen Jonderfällen eine höhere räumliche Auflösung durch Einspritzung von strahlenundurchlässigen Jtoffen und Benutzung äußerer Röntgenstrahlenquellen erzielt werden kann, ist dieses Verfahren im wesentlichen auf die Sichtbarmachung von Gefäßen begrenzt, "äs xiäre daher von hohem Wert, eine

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• höhere räumliche "Auflösung- zu erreichen, als mit diesen radioaktiven Isotopen-Abbildungssystemcn möglich ist und ein -,·;leder-. . gabesystem zu schaffen, dr.s für alle urgansysteme und urganteile verwendet werden'"könnte, uine weitere ^rhühung der ^mpflndlichkeit über die bisherigen özintillationskameras hinaus würde es ermöglichen,. schnellere dynamische und homöostatische Vorgänge, die sich innerhalb weniger bekunden abspielen, zu beobachten, beispielsweise könnte die Blutströmung im Gehirn mit genaueren Einzelheiten beobachtet werden, wenn das Aufnahmegerät mit einer zeitlichen Auflösung in der Größenordnung· von Iu oekunden und mit einer räumlichen Auflösung von 1 bis 2 ram arbeiten würde, j/unkti one lie Veränderungen der Gehirndurchblutung an bestimmten stellen des Gehirns viie auch andere Phasen der .Blutströmung im Körper könnten unmittelbar beobachtet werden,, Ein solches o-erTt könnte besonders nützlich sein bei der i3eiiertun2 der inneren Beziehungen zwischen .-.nderunjen des lilutkreisLaufs und funktionellen Sustanäen im Allgemeinen. Anomalien und Abnorraalität3P^ in den Ilerzgefäßen, funktionelle Vorgänge in der Lunge und in der Leber und organische utörungen sowie viele sonstige Bedingungen, die Störungen der homöostatisch-dynamischen Vorgänge verursachen, würden zur unmittelbaren Beobachtung zugtinglich werden.

Eine-schnellere räumliche und zeitliche Auflösung könnte durch Verwendung elektronischer Aboildungssysterne erreicht werden, durch die ein dem aufgenommenen Strahlungsbild der Röntgenstrahlen- oder Gammastrahlen-Szintillationen entsprechendes Elektronenbild erheblich vervielfacht und ablesbar nach der übli-

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chen Fernsehaufnahmetechnik auf einen Bildschirm gebracht v;erden könnt3ο Mn solches Aufnahmesy3tem würde einen elektronischen Kontrast und eine Steuerung, dos aufgezeichneten .ildes ermöglichen und würde es auch erlauopn, kleinere i'uiaore und andere räumlich merkbare körperliche ochi'.den der inneren ur;nne aufzuspüren und zu orten, die gegenwärtig mit Hilfe der dünnschicht i^jen Leuchtschirme für uöntfionstrahlen beobachtet werden können, die. bei solchen Cildverstrlrkern benutzt werden. Mit einem solchen Aufnahnesystem würde ein~ ,-jenrvuere "Lootir.nuiv; der üröiae, üc-stalt und Kontur eines Organs nögj-icn soir^ als mit den bisher üblichen mechanischen '^stgerilton oder riit _.zintiilv.tionskameras, die einen dicken Kristalldetektor verv/enden, der uie Auflösung des aufgezeichneten siloes infoige seiner 2i£enschaften beschrt.lnl:to Weiterhin könnten infol-je üer hohen i£ner,"jieumwandlungsleistung, die mit solchen ilektronenbildsystemen erreichbar sind, Abbildungen mit hoher Auflösung und mit vielen unterscheidbaren wirkbereichen bei Verwendung von niedrig dosierten Radioisotopen erlangt werden. Da die Verwendung von vielen, erst in neuester Zeit verfügbaren Hadioisotopen mit niedriger ütrahlungsenergie durch solche Slektronenbildsysteme erleichtert werden würde, würden solche Geräte für die Beobachtung dynamischer und homöostatischer Funktionen wie auch für morphologische Beobachtungen viertvoll sein. Ferner wird die Behandlung des Patienten mit einer niedrig dosierten strahlung bei einem zeitlich schnell ansprechenden Abbildungssystem erheblich erleichtert, weil hierdurch die Benutzung von sehr kurzlebigen Isotopen ermöglicht wird. Mit diesen kurzlebigen Isotopen kann wiederum

eine größere-augenblickliche Strahlungsaktivität angewendet werden, um die erforderliche kroße Anzahl von statistisch unabhängigen Photoäuslösungen zu erzielen, die für eine hohe ,Bildauflösung -erforderlich sind.

Gegenwärtig sind /ersuche gemacht worden, eine elektronische Abbildungvorrichtuni;, z.-z-.. einen Bildverstärker, zu benutzen, um ein Röntgenbild in ein Lichtbild umzuwandeln, -das-. vielmals vervielfältigt wird, öolche Anordnungen sind in Verbindung mit -photographischen Kameras und auch in Verbindung mit Fernsehkameras verwendet worden. Derzeit sind jedoch die mit einem Bildverstärker und einer Aufnahmekamera für Höntgenbilder arbeitenden Anordnungen in ihrer Empfindlichkeit und in ihrem dynamischen Bereich so begrenzt, daß eine Integration und opei-" ehe rung γοη extrem schwachen liöntgenbilüern praktisch nicht möglich ist. »vie bereits weiter oben dargelegt wurde, sind FuIsliühendiskriminatoren in Verbindung mit den Jzintillationszilhlern von Blau und Sender sowie von-Anger benutzt worden, um Störstrahlungsquellen, z.B. kosmische Strahlung des Hintergrundes und οtreustrahlungen sowie innerhalb des Bildwandlers entstehende Störgeräusche, zu unterdrücken. Die Verwendung von. ruls-hohenänalysatoren ist jedoch bei den bekannten Pernsehkameraausfüh- -rungen wegen, ihres niedrigen dynamischen Bereiches nicht ohne weiteres möglich. Insbesondere sind die Bildschirme dieser Kameras nicht in der i-age, eine hinreichend große Zahl von Elektronen zu speichern, ehe sie~auf ihren Sättigungspunkt kommen, überdies ist es-schwierig, wenn nicht unmöglich, die auf diesen Bi Ids chi riiien gespeicherten Ladungen in so kurzer Zeit zu loschen,

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daß nur ein Bildelement des aufgenommenen Objekts zu jeder Zeit analysiert wird. Schließlich sind manche ,iysteme bekannter Art mit einer Bildspeicherröhre ausgerüstet worden. Der Einbau solcher Speichervorrichtungen hat aber eine nachteilige Äflauschbildung in den zugeordneten zwischengeschalteten Verstärkerkreisen zur Folge.

Die Vorliegende Erfindung ist vornehmlich darauf gerichtet, eine neue und verbesserte Schaltungsanordnung zur Darbietung eines graphischen Bildes in AbhEtngigkeit von einer Strahlungsquelle zu schaffen. In Verbindung damit ist die Erfindung auf eine verbesserte Szintillationskamera gerichtet, die eine wesentlich höhere räumliche Auflösung und eine bessere Kontrastdiskriminationsfähiffkeit aufweist.

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Dabei soll das Ausgangssignal der Szintillationskamera auf Pulshöhendiskrimination ansprechen, um Hintergrundstrahlung und Streustrahlung zu unterdrücken. Die Szintillationskamera soll überdies die Fähigkeit haben, ständig und gleichzeitig ein visuelles Bild von unterschiedlicher Helligkeit und Kontraststärke wiederzugeben. Die aufgenommenen Szintillationen sollen durch Impulszählung oder Abtastung einen wesentlichen Teil des aufgenommenen Bildes analysieren. Die aufgenommenen Strahlungsimpulse sollen rasch zur Wiedergabe kommen. Weiterhin soll die Kamera auch in der. Lage sein, die Strahlung aufzuzeichnen, die von den erst in neuester Zeit entwickelten, kurzlebigen Radioisotopen mit geringer Strahlungsenergie erzeugt wird.

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Diese Aufgabe wird crfindungsgemäß durch eine verbesserte Szintillationskamera gelöst, die mi* eineiv Eingangsschirm zur - Abstrahlung eines ßlektronenbildes in Abhängigkeit von einer Eingangsstrahlung sowie Vorrichtungen zur Verstärkung und Abstrahlung der ü'lektronen auf einen Speicherschirm mit großein dynamischen Bereich aufweist. Der Speicherschirm hat die eigenschaft, eine große Anzahl von iilektrcnen je Jildelement zu speichern, ehe sein Sättigungszustand erreicht ist.

In einer besonderen Ausführung der arfjiidung ist ein Bildverstärker mit einem: Aufnahme schirm vorgesehen, der die Eingangs strahlung in ein Elektronenbild umwandelt und das Elektronenbild verstärkt; dabei ist weiterhin eine Fernsehaufnahmerohre optisch mit dem Ausgangsschirm des Bildverstärkers verbunden, um das darauf befindliche Bild aufzuzeichnen und zu speichern. Die Fernsehauf nahmerohre vrei st einen Bildschirm auf, der mehr

als 10 Elektronen je Bildelement speichern kann, ehe sein Sättigungszustand erreicht ist.

Die Erfindung ist weiterhin auf Kitverwendung eines zweiten Hilfsmittels zum Speichern, z.B. ein Tonbandgerät oder eine elektronische Speicherröhre, gerichtet, die mit dem Bildschirm der Szintillationskamera elektrisch verbunden ist. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, wie bei einer Kathodenstrahlröhre ein visuelles Bild ständig zu speichern und wiederzugeben während der Zeit, in welcher das Slektronenbild, das der Eingangs -Bönt gen- und Gammastrahlung· entspricht, auf dem Bildschirm integriert wird.

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Kin wesentliches Herknial der lirfjndung besteht auch in der Mitverwendung eines PulshöhenanalysatorG, der an das Aus.-ringε-signal der tilektronenkamera angelegt v;ird, ura von tier Kamera aufgenommene Geräusche und btörstrahlungen zu unterdrücken, uurch Abtasten der auf dem Bildschirm gespeicherton Ladungen mit einer Geschwindigkeit, bei der nur ein 0trahlungsimpuls je oildelement gesehen wird, kann der Pulshohenanalysator das jedem Jildelement der aufgenommenen otelle zugeordnete .j torsional' ausfiltern.

iiach einem weiteren i-ierkmal der Erfindung liefert aie Kamera eine visuelle »Wiedergabe des Südes, bei aer das betrachtete objekt als eine Vielzahl von Leuchtsouren gleicher Intensität wiedergegeben wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die auf dem .Bildschirm befindliche Ladung in aufeinanderfolgenclsn stufen abgetastet wird, wobei in jeder Stufe ein Teil der Ladung abgetastet wird, der eine bestimmte Strahlungsintensität auf v/eist. überdies ist vorgesehen, die in den aufeinanderfolgenden Stufen abgetasteten Signale aufzuzeichnen und zu speichern und ein atis diesen öignalen zusammengesetztes rsild zu liefern.

Sonstige Merkmale der Erfindung und die damit veroundenen Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den anschließenden Patentansprüchen. Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Szintillationskamera nach der Erfindung zusammen mit dem Schema eines ihr zugeordneten Schaltkreises,

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Fig. 2 einen Schnitt durch den Speicherschirm der Kamera . in größerem Maßstab,.

Fig. 3 und k abgewandelte Ausführungen der zugeordneten Schaltkreise,

Fig. 5*eine graphische Darstellung der auf einer Linie . des Speicherschirms der Kamera nach Fig. k gespeicherten Ladung, P, *„

Fig. b eine Darstellung einer/gTeichejr Strahlungsdichte* e des Strahlungsbildes, wie §B auf der Abbildungsvorrichtung nach Fig. b erscheint^.und

Fig. 7 ein Diagramm mit Auf ζ ei chntmgs linien, die die mit einer Kamera nach der Erfindung erzielbare maximale theoretische Auflösung als Funktion des Kontrastes und der Anzahl ve£ in dem Bild aufgezeichneten uudti$u~ Szintillationen darstellen.

Die in Fig. 1 dargestellte (szintillationskamera weist eine Bildverstärkerröhre 12 und eine Bildspeicherröhre lil·'auf. Der Kolben 16 der Bildverstärkerröhre 12 geht aus einem erweiterten Teil 18 in einen eingezogenen Hals 20 über. Der Kolben 16 besteht aus Glas oder sonstigem Isolierstoff. Der erweiterte zylindrische Teil 18 weist am geschlossenen Ende eine Stirnwand 22 auf, die aus dem Werkstoff des Kolbens bestehen kann, während der eingezogene Hals 20 am geschlossenen Ende mit einer Faseroptik 52 hermetisch verschlossen ist.

Neben der Stirnwand 22 und im wesentlichen parallel zu ihr ist ein Röntgenschirm 26 angeordnet. Dieser Schirm weist eine

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für Röntgenstrahlen empfindliche schicht 28 auf, die z.L. Zinklridmiunisulfid besteht. Ein Höntgenbild oder sonstiges ütrahlungsbild, das auf eine überfläche der ochlcht 23 auftrifft, verursacht die Abstrahlung eines Leuchtbildes, das dem Röntgenbild auf der anderen Oberfläche der'Schicht 23 entspricht, uer Röntgenschirm 2b weist auch eine rhotolothodenschicht 3^ aus geeignetem Werkstoff, z.-i. aus Zesiumantimon, auf, die "in dichter optischer Berührung mit der für Röntgenstrahlen empfindlichen schicht 28 steht. Jie Hiotokathodenschicht 3^Ü empfängt das von der Schicht 23 abgestrahlte Leuchtbild und erzeugt .ihrerseits ein ülektronenbild, das dem auftreffenden Leuchtbild "entspricht. Zwischen den ochichten 25 und 2>9 befindet sich- eine jperrschicht 32, z.B. aus ü-las, die eine unmittelbare rserührung der Schichten 23 und 3^ verhindert.

liebe:·.! der ,vtirnviana 22 der oildverst^rkerrühre 12 ist eine üamrael- oder Fokus sie rungs vor richtunp; angeordnet, damit die iiöntgen- und Gammastrahlungen, die von dsm betrachteten Aufnahme» objekt abgestrahlt werden,, sämtlich auf den Röntgenschirm 2ό fallen. Gemäß Fig. 1 ist hierfür ein l-iönrchenkollimator 3^" vor-,gesehen, der außen auf der otirnwand 22 sitzt. Solche Kollimatoren sind bekannt und z.a₀ näher in einem Aufsatz "Multichannel Collimators for Gamma-üay scanning »Vith scintillation Counters"· von Newell, ώanders und I-äller beschrieben, der in "Ilucleonics", Juli 1952, erschienen ist.

In abgeänderter Ausführung des Röntgenschirmes könnte die Stirnwand 22 auf ihrer¹ Außenfläche eine für Röntgenstrahlen emp-

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•flndliche Schicht, z.B. aus KaIz iunvtungs tat (wolframsaures Kai2ium) j Zinksulfid oder natriumiodid, und auf ihrer Innenfläche die Photokathode^schicht aufweisen, wobei die Stirnwand aus einer etwa 2 mm dicken ülaav/ana besteht, jjie für iiönt<~en-■ strahlen- empfindliche''Schicht könnte weiterhin auch durch sin Kosalk von Szintillationskristallen, z„B. aus i;.itrium|.odid odor Kalziunifluorid, ersetzt sein, wobei diese kristalle auf der stirnwand 22 der Bildverstärkerröhre 12 sitzen. Der Hauptvorteil dieser Ausführung würde darin bestehen, daß man für unterschiedliche Bereiche der vom Aufnahmeobjekt abgestrahlten -Röntgenstrahlen" unterschiedliche''Leuchtstoff e verwenden könnte« Beispiels. weise-würde-ein- Hosaik von Szintillationskristallen In einer Stärke von Q_r5 bis 2 cm eine optimale Brauchbarkeit zum Lessen von Röntgenstrahlen aufweisen, deren Energie im Bereich von 150 bis 5^üU-kV liegt, während ein Hosaik aus Kristallen mit einer Stärke von 2 bis "4 cm für Röntgenstrahlen benutzt werden könnte, deren Intensität im Bereich von 5^0 bis lOOu kV liegt. Schließlich könnte die Stirnwand 22 auch aus einer besonders lichtdurchlässigen Platte aus optischen Fasern bestehen, die vakuumdicht präpariert sein müßte. Solche Faseroptiken aus Fiber- ♦ glas, auch als Schirmträger od.dergl., sind bekannt und werden z.B. von der Firma Mosaic Fabrications, Inc. vertrieben,,

Ein Leuchtschirm 36 zum Abstrahlen eines Leuchtbildes, das dem auf dem Röntgenschirm 26 befindlichen Strahlungsbild entspricht, ist in dem Hals 20 des Glaskolbens Io auf der Faseroptik 52 angeordnete Der Leuchtschirm 36 kann eine elektrisch leitende, lichtdurchlässige Elektrode 38 aus geeignetem Werk—

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stoff j z.B. aus Zinnoxyd, und eine Leuchtstoffschicht -¹Iw aus geeignetem fluoreszierenden Werkstoff, z.B₀ IJinkkaumiur.oulfid,. '-.ufvieisen, die auf die lichtdurchlässige elektrode 3^r.> aufgebracht vjird. Zvjischen dem xiüntrenschirm 2o und dem iieuchtschirm 36 ist eine Vorrichtung zum Fokussieren und ...eschieunigun aer vom riuntgenschirm 26 auf den leuchtschirm abgestrahlten-Elektronen vorgesehen, jjie iⁱ'okussierunrsvorrichtung ist auf der *Jeich'nun\- als Elektronenoptik k2 dargestellt, die eine Iiehrzahi von elektrostatischen Linsen Λ4,4-ΰ,^;ί·ϋ und 5~ '-us elektrisch leitendem Werkstoff aufvieist. wie Linsen kk - 5^υ sind mit einer nicht dargestellten .jpannungsquelle verbunden, die auioerhalb des Kolbens Io lierct, v/obei die zugeführt en positiven .Jpannurigen von 4^· nach 5^ zunehmen, die Linse 5^ -Also das höchste Potential aufweist.

Beim Betrieb der Bildverstärkerröhre 12 werden Röntgen- ' und/oder Gammastrahlen auf den nöhrchenkollimator 3^ geleitet, der die strahlen bündelt und auf den iiöhrchenschirm 26 leitet. Die für die ütrahleivompfinaliche schicht 28 sendet Lichtphotonen durch die operrsehicht 32 auf die Photokathodenschicht 3J. Diese Schicht strahlt einen 21ektronenfiuß ab, der ein Slektronenbild ergibt, das dem auf den Röntgenschirm auftreffenden Strahlungsbild entspricht. Bei einer der dargestellten Ausführungen der Bildverstärkerröhre 12 wurde ein totales opannungspotential von etwa 25 kV zwischen dem Röntgenschirm 26 und dem Leuchtschirm 36 zugeführt. Das von dem xiöntgenschirm abgestrahlte Elektronenbild würde unter dem Einfluß dieser Spannungsdifferenz

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und der progressiv zunehmend abgestuften, den Linsen 44 - 5^υ angelegten positiven ,Spannungen beschleunigt und fokussiert auf cien Leuchtschirm Jo geleitet, urs ouf die Leuchtstoff schicht 4u des Leuchtschirmes 36 'Auffallende iilektronenbild strahlt ein Leuchtbild Cb, Gas a em -Auffallenden fielet ronenbi ld entspricht. Bezüglich näherer Hinweise auf die Ausführung und Arbeitsweise der Bildverstärkerröhre 12 v;ird auf die amerikanische Patents.ehrift 2 5υό 299 Sesug genommen.

.: Zwischen <ier Bildverstilrkerröiire 12 und. der Eildspeicherrohre IA-- 3ind_ Lichtleitvorrichtun^eii angeordnet, damit das vom Leuchtschirm abgestrahlte, verctv.rkte ^iId .wirksam in die Bildspeicherröhre kommt. In einer beispielsweisen Ausführung der Erfindung bildet die faseroptik 52", die aus einem ."iünael von Oj)tis-ch durchlässigen Fasern besteht, einen Teil äes Kolbens der l-iildverstivrkerrohre. 12, so ö.?wß das aarin erzeugte Leuchtbild wirksam auf die Bildspeicherröhre l4 übertragen werden kann. In c.bge".Jiderter Ausführung könnte eine lichtstarke optische Linse zwischen diesen beiden Vorrichtungen angeordnet sein₀ Die besten herkömmlichen Linsensysteme haben jedoch eine Abgabeleistung von etwa 5 "bis 10 _tO des einfallenden Lichtes, während eine faseroptik ein Leistungsvermögen bis nahezu 5^Ü /« des aufgefangenen Lichtes aufweisti. , -

jjie in -U¹Ig. 1 dargestellte Bildspeicherröhre 14 weist einen Kolben 5^ auf, dessen erweiterter zylindrischer Teil 56 mit einer Stirnwand 58 versehen ist. Diese Stirnwand ist teilweise durch die Faseroptik 52 gebildet, die an dem Kolben 5^hermetisch

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dicht angebracht ist, damit das Leuchtbild möglichst wirksam auf die Bildspeicherröhre übertragen wird. Eine Photokathode 6υ •ist mit einer lichtelektrischen schicht 62 aus lichtempfindlichem Stoff, z.B. Zftsiumantimon, versehen, die in bekannter Weise auf die Faseroptik 52 aufgedampft sein kann. Die lichtelektrische schicht 62 kann mit einem elektrisch leitenden Kontakt in Gestalt eines Hinges 64- versehen sein. An diesen Hing ist eine den Kolben 5^ durchragende- Zuführungsleitung angeschlossen, die der Photokathode 60 eine geeignete Spannung zuführt.

Am anderen Ende des Kolbens 5^ ist ein Elektronenstrahler 66 zur Erzeugung eines a-ίβ- - een Elektronenstrahls angeordnet, der auf einen Speicherschirm 68 gerichtet ist. Der Speicherschirm 63 1st zwischen dem-Elektronenstrahler und der Photokathode 60 im erweiterten Teil 56 des Kolbens 5^ angeordnet. Zwischen dem Speicherschirm 68 und der Photokathode "60 befinden sich mehrere elektrostatische Linsen 70» 72 und, 7^j an die geeignete Spannungen zur Beschleunigung und Fokussierung der von der Photokathode 60 auf«den Speicherschirm 68 abgestrahlten Photoelektronen angelegt sind. Zwischen dem Speicherschirm 68 und dem ülektronenstrahler 66 liegt ein Gitter 76 aus elektrisch leitendem Werkstoff, z.B„ Kiekel, das zur Oberfläche des Speieherschirms einen Abstand von-etwa 3 mm aufweist.

Der Speicherschirm 68 weist gemäß Fig. 2 einen Tragring 78 , auf, der z.B. aus einer Uickel-Eisen-Kobaltlegierung hergestellt ist und eine Folie 8u aus Isolierstoff, z.B. Aluminiumoxyd, in. einer Stärke von etwa 5^üu Angström trägt. Auf diese Folie" diä-t-""'*'

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• eine Schicht 82 aus elektrisch leitendem Metall, z.B. Aluminium, aufgebracht, z.B. durch Verdampfung im Vakuum. Die Stärke der .Leitschicht 82 beträgt gleichfalls etwa 5Ou Angstrom,, Auf der Leitschicht 82 befindet sich eine poröse Deckschicht oder Folie 8^4- aus Isolierstoff oder halbleitendem werkstoff, der die Eigenschaft aufweist, in Abhängigkeit- von den auf die eine überfläche auftreffenden Elektronen gleichfalls .elektronen zu erzeugen. Diese Sekundärelektronen werden durch die Hohlräume der porösen Schicht 84- geleitet und von üirfer anderen Oberfläche der Schicht 8^ abgestrahlt, vie Führung der rllektronen durch die Hohlräume der Beschichtungen erfolgt unter dem Einfluß eines starken elektrischen Feldes von 10 Volt-cm, das durch eine Spannungsdifferenz zwischen den Oberflächen der porösen Schicht 8^.und der Leitschicht 82 gebildet ist. Die poröse Schicht B^ kann z.B. aus einer Alkali- oder Srdaikalimetallverbindung, z.B₀ Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid oder Kagnesiumoxyd, bestehen. Kennzeichnend für diese Schicht des Speicherschirms 68 ist ihre poröse Struktur, deren Dichte weniger als 10 # der Dichte der unporösen Stoffmasse beträgt, damit die Hindurchleitung der Elektronen durch die Hohlräume der ochicht stattfindet. Die poröse Schicht soll überdies einen hohen Wider-

1*5 17 stand aufweisen, der mehr als lü ^J bis 1υ ' Ohm/cm beträgt. Ein Hauptmerkmal der porösen Schicht 8^ besteht schließlich darin,

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daß sie die Fähigkeit haben soll, wenigstens 10 Elektronen je Bildelement zu speichern, ehe die Schicht ihren Sättigungszustand erreicht.

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In einer bevorzugten Ausführung des Jpeicherschirms kann die poröse Schicht 84 durch Aufdampfen von Kaliumchlorid in einem inerten üas, z.3. Helium oder Argon, bei einem Druck von 1 oder 2 ram Hg-S hergestellt werden» Die Dichte der porösen Schicht <34 beträgt in diesem besonderen Fall nur etwa 2 ,j der Dichte von unporösem Kaliumchlorid. Die Dicke der ochicht beträgt 25 Mikron, v/as einer hasse je Flächeneinheit von Iu^ hikrogramm je cm" entspricht. Die Hassendichte von Kaliumchlorid

ct 1,934 g- je cm^.

Der alektronensti^ahler 06 ist so ausgebildet, daß er einen elektronenstrahl vonniedriger ueschwindigkeit erzeugt, der die uberflache des .Reicherschirms abtastet. Der Elektronenstrahler 06 kann aus einer Kathode 36, einem Steuergitter 38 und einem Beschleunigungsgitter 9^ bestehen. Auf die Innenfläche des Kolbens $k kann zwischen dem £lektronenstrahler 66 und dem .Speicherschirm 08 eine Leitschicht aufgebracht sein, die ein elektrostatisches.Feld erzeugt. Das Steuergitter 86 und das Beschleunigungsgitter 9^des Elektronen-Strahlers όό bewirken zusammen mit dem leitenden wandbelag 92 die Fokussierung des elektronenstrahls auf dem Speicherschirm

tfilt au luiituj $ψ
68. Der p e t ist von einer ablenkspule 9^ umgeben, die aytevon dem Elektronenstrahler 66 erzeugten iilektronenstrahl**: ablenkt und aw*.oei Zuführung eines geeigneten Stromes in üblieher Weise^Öber die überfläche des Speicherschirms leitet« Der Kolben 5^ ist weiterhin von einer Kagnetspule 97.umschlossen, die zur Fokussierung des Elektronenstrahls auf dem Speicherschirm

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■sowie·.zur Fokussierung der von der Photokathöcle 6ü auf den Speieherschirm 68 geleiteten Elektronen diente

Bei^:'Betrieb der bildspeicherröhre l4 werden die durch die Faseroptik 52 zugeführten. Strahlungen in Gestalt eines Leucht- ■ bildes auf der Photokathode ou fokussiert und von jedem Teil der Photokathode■ 6u Photoelektronen nach Maßgabe des auf treffenden Lichtes ausgestrahlt. Uie Photoelektronen werden durch die elektrostatischen iiinsen 7^Ü» 7<- und -7^ auf den Speicherschirm fokussierte oeauf eine Energie von etwa 8OUÜ ilektronenvolt beschleunigt, so daß sie die Leitschicht 82 und die Trägerfolie 3w durchdringen und in die poröse Schicht S4 eindringen. Die Beschleunigungsspannung ist so einzuregeln, daß im wesentlichem alle von der Photokathode 6u abgestrahlten Primärelektronen in den ganzen Speicherschirm 68 eindringen, aber nicht durch ihn hindurchtreten. Die von der Photokathode 6o ausgestrahlten Primärelektronen erzeugen in der porösen Schicht 84 eine Anzahl von Elektronen niedriger Energie, und zwar in einer Menge, die'wesentlich größer als die der auftreffenden Primärelektronen ist. Infolge der Porösität und des hohen Aufnahmevermögens der Schicht 84 beträgt die Zahl der erzeggten Sekundärelektronen etwa luu bis 2Ou je auftreffendes Primärelektron.

Die Leitöfchicht 82 des Speicherschirms .68 ist über einen Vor. widerstand- 96 und eine Spannungsquelle 98 geerdet. Der Speicherschirm- -68 kann vor dem Auftreffen der Photoelektronen durch Anlegen einer po si ti ven Spannung von etwa 5 Volt von der Spamiungs-

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quelle/an die Leitschicht 82 und durch Stabilisierung der Austrittsfläche der porösen schicht 84 am Erdpotential polarisiert werden. Dies kann durch Abtasten des von dem Elektronenstrahler 66 erzeugten Elektronenstrahls auf der porösen schicht des Speicherschirms 63 erreicht werden. Die beim Auftreffen der von der Photokathode 6u abgestrahlten Photoelektronen in der porösen Schicht 34 erzeugten Sekundärelektronen niedriger Energie verursachen eine örtliche Veränderung des Potentials der Austrittsfläche infolge der Hindurchleitung der Elektronen durch die Hohlräume der porös^cen ,Schicht 84. Das zwischen der positiven Leitschicht 82 und der unbedeckten Oberfläche der porösen Schicht 84 erzeugte Feld zieht die meisten in der Schicht erzeugten Sekundärelektronen in Richtung der positiven Leitschicht 82 an. Infolge des Elektronenverlustes wird eine positivere Laüung auf der unbedeckten Oberfläche der Leitschicht 8^ hergestellt. Dies bringt es mit sich, daß auf der Oberfläche der porösen Schicht 8*f ein Ladungsmuster entsteht, das dem Küster des durch die Faseroptik 52 zugeführfcen Lichtes und der in die Bildverstärkerröhre 12 einfallenden Strahlung entspricht.

Ein Signal, das dem auf dem Speicherschirm 68 befindlichen Ladungsmuster entspricht, kann dadurch abgeleitet werden, daß der ·?οη dem Elektronenstrahler 66 erzeugte Elektronenstrahl die unbedeckte Oberfläche der porösen Schicht 84 weiterhin abtastet. Bei dieser Abtastung kommt die -uberflache der porösen Schicht wieder auf das Erdungspotential, d.h. auf das Potential der Kathode 86, wodurch eine kapazitive Entladung der porösen Schicht 84 erfolgt und ein Stromimpuls entsteht, der der Ladung des ab-

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getasteten Bildelementes auf der Leitschicht 82 entspricht. Durch das fortlaufende Abtasten mit dem Elektronenstrahl wird somit eine fortlaufende Reihe von Spannungsimpulen über den Vorwiderstand 96 erzeugt, die dem Strahlungsbild entspricht.

In abgeänderter Ausführung der szintillationskamera Iu nach Fig. 1 kann die Bildspeicherröhre so modifiziert werden, daß sie eine vorgespeicherte Verstärkung des von der Fhotokathode ύυ abgestrahlten Lilektronenbildes bewirkt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß in Abhängigkeit von der

ο gewünschten Verstärkung oder Vervielfachung eine oder mehrere Dynoden zwischen der Photokathode 6ü und dem·Speicherschirm 68 angeordnet werden. Stattdessen kann auch ein gesonderter Bildverstärker vorgesehen oder der Bildverstärkerröhre eine gesonderte Verstärkungsstufe hinzugeschaltet werden. In einer beson- . "~ deren Weiterbildung dieser abgeänderten Bildspeicherröhre könnte die Dynode eine Leitschicht, ζ.3..aus Aluminium,- aufweisen,' auf die eine Schicht aus unporosem Kaliumchlorid aufgelagert ist. Durch aufeinanderfolgendes Anlegen von zunehmend erhöhten positiven Spannungen an,jede der Dynoden.würde' das von der Photokathode 60 abgestrahlte Slektronenbild in entsprechender Folge auf die Dynoden geleitet werden, so daß eine entsprechende Abbildung aus Sekundärelektronen erzeugt wird, di* von jeder Dynode vervielfacht wird, um einen höheren Grad der Vervielfachung zu erhalten. Das verstärkte oder vervielfachte oSlektronenblld wird dann auf den Speicherschirm fokussiert und von ihm ein Signal in der beschriebenen Weise abgeleitet.

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Die vorgespeicherte Verstärkung des Slektronenbild.cs, das dem otrahlungsmuster entspricht, könnte in abgeänderter Weise dadurch erreicht werden, daß eine Jurchlaßdynode zwischen die Photokathode Jü der Bildverstärkerröhre 12 und ihrem Leuchtschirm 36 angeordnet wird. Eine soSLche Bildverstärkerröhre ist in ihren Einzelheiten In der amerikanischen Patentschrift 3 25^252 beschrieben« _v

In dieser Patentschrift ist eine Jzintillutionskamera dargestellt, mit dor ein ßildausgnngssignal über den Vorwiäerstand 9o erzeugt werden kann, das dem vom betrachteten Objekt aufgenommenen otrahlungsbild entspricht. Zusätzlich wird eine Kopplung, z.B. ein Kondensator Iju, elektrisch an den Vorwiderstand 9o angeschlossen, um das -Jildausgangssignal einem Verstärker 1υ2 zuzuführen, Der Verstärker 102 kann irgend eine der bekannten Ausführungen aufweisen und ist vorgesehen, um das Ausgangssignal einem elektrischen Zwischenspeicher 12u anzupressen und zuzuführen.

Bei Betrieb der Szintillationskamera lu wird die Strahlung von dem Kollimator 3^ gesammelt und von der Bildverstärkerröhre 12 verstärkt und vervielfacht. Das vervielfachte visuelle Bild wird dann von der Faseroptik 52 auf die lichtelektrische Schicht 62 der Bildspeicherröhre I^ geleitet. Das von der lichtelektrischen Schicht 62 abgestrahlte Slektronenbild kann dann, auf dem Speicherschirm 68 für eine Dauer vom Bruchteil einer Sekunde bis zu mehreren Minuten integriert werden, damit 'auf der porösen Schicht 8^ des Speicherschirms 68 ein Ladungsmuster gespeichert wird. Hier sei bemerkt, daß während der Integration

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des Elektronenbildes auf dem .Speicherschirm 68 der von dem Elektronenstrahler abgestrahlte elektronenstrahl zeitweilig ausgeschaltet wird-, damit die fortgesetzte Integration und Speicherung der Ladungsmuster auf dem Speicherschirm stattfinden kann. Zum «diesen der gespeicherten Information-auf dem Spei-■■ eher schirm υ-8 wird der Elektronenstrahler 66 eingeschaltet und erzeugt dann in der beschriebenen Weise über den Vorwiderstand 9-6 ein Aus gaiv;sbi Id signal«, Dieses Signal vilrd dann dem Zwischenspeicher 120 zugeführt.

In einer abgewandelten.Ausführung konnte das von der bildspeicherröhre lA- abgeleitete Ausgangssignal unmittelbar über einen Schalter 12b gemäß der gestrichelten Linie in Pig. I einer Wiedergabevorrichtung, z„B. einer Kathodenstrahlröhre lu4, zugeleitet werden. Bei dieser Ausführung kann das auf der Kathodenstrahlröhre Id¹+ erzeugte visuelle Bild von einer photographischen Kamera 106 aufgenommen und ständig aufbewahrt.werden. Die photographische Kamera 106 wird mit der Erregung des Elektronenstrahlers 66 und der Schließbewegung des schalters 126 derart synchronisiert, daß sie das auf der Kathodenstrahlröhre 104 wiedergegebene optische Bild aufnimmt, wenn es von dem Speicherschirm 68 abgetastet bzw. abgelesen wird. Da das gespeicherte. · Ladungsmuster beim Ablesen des Slektronenbildes vom Speicherschirm, 68 zerstört wird, würde es notwendig sein, den Ablesevorgang mit 'der Belichtung des.Films in der Kamera 106 zu synchronisieren. Um schließlich die Integration und Speicherung des Elektronenbildes zu vollenden, das viele Quanten je Bildelement des Strahlungsbildes aufnimmt, muß die Bildspeicherröhre und

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insbesondere der fjärg-schirm 68 einen großen dynamischen Bereich, entsprechend einer groiSen Speicherfähigkeit der porösen ,Jchicht des Speicherschirms 68 ,auf v/ei sen. In der beispielsweisen Ausführungaer Szintlllationskameraschaltung nach Pie· 1 wird das, _; vom Speicherschirm 68 abgeleitete Ausgangssignal über den Verstärker 102 dem Zwischene*' 120 zugeleitet. Die^^peichervorrichtung kann aus einer Elektronenbiluspeicherröhre mit einem Speicherschirm bestehen, auf dem ein Ladungsbild gespeichert und von dem ein dem Ladungsbild entsprechendes Ausgangssignal abgeleitet wird. In weiterer Ausgestaltung kann der speicherschirm mit einem ectrahl abgetastet werden, um das Ausgangssignal ohne Löschung des auf dem Speicherschirm befindlichen Ladungsmusters zu er. Die besondere Ausführung und Arbeitsweise einer solchen Bildspeicherröhre ist in der amerikanischen Patentschrift 2 859 376 beschrieben.

Gemäß Fig. 1 ist nun der Ausgang des Verstärkers über einen Schalter 122 mit dem xiingang des elektrischen Zwischenspeichers 120 verbunden. Der Ausgang des Zwischenspeichers ist über einen Schalter 12^- an einen Verstärker 1,28 angeschlossen, der das Ausgangssignal einem geeigneten Sichtgerät, z.B. einer Kathodenstrahlröhre 10^, zuführte iVle bereits oben dargelegt wurde, kann das optische Bild laufend aufgezeichnet werden, z.B. mit einer photographischen Kamera Iu6. Die Schalter 122 und. 12^- können in der angedeuteten weise so verbunden sein, daß jeweils der eine Schalter geschlossen, der andere geöffnet ist.

Bei Betrieb der Fernsehkamera nach Fig. 1 werden die Hönt-

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'gen- und/oder Gammastrahlen von dem Kollimator 3^ aufgefangen und von· der--Bildverstärkerröhre 12 verstärkt oder vervielfacht, wis - in der Köhre 12 verstärkte Bild wird von uer Faseroptik $2 der Bildspeicherröhre 14 zugeführt, ^as optische Leuchtbild wird von der lichtelektrischen .schicht υ2 in ein fielet ronenbi Id umgewandelt, das auf den Speicherschirm 68 übertragen wird. Von Speicherschirm 63 wird ein Ausgangs signal abgeleitet, verstärkt und über den Schalter 122 dem Zwischenspeicher 120 zugeführt. Dieser Zwischenspeicher hat die Aufgabe, eine fortlaufende Wiedergabe des betrachteten Bildes zu ermöglichen, während die Bildspeicherröhre l4 das nächste, von der Bildverstärkerröhre 12 aufgenommene Bild integriert. Ist es erwünscht oder notwendig, flache oder kontrastschwache Bilder zu betrachten, so kann das von der lichtelektrischen ochicht 6.-2 abgestrahlte Elektronenbild während einer zeitlichen Periode Integriert werden, deren u&uev zwischen Bruchteilen einer bekunde und mehreren Minuten liegen kann, um hierdurch die Kontraststärke des abgetasteten Bildes zu erhöhen. Am Ende jeder Integration wird der Schalter 122 geschlossen, damit die Bildspeicherröhre I^ das Bildsignal auf den Zwischenspeicher 120 übertragen kann. Da der Zwischenspeicher 120 wiederholte-, nicht-lösehende Ablesungen minutenlang aufnehmen kann·, ist es möglich, das aufgenommene Bild auf der Kathodenstrahlröhre Iu^ laufend zu betrachten, während das nächste Bild auf dem Speicherschirm 68 integriert wird. Während der Integrationsperiode werden die Schalter 122 und 12^ in ihre andere Stellung umgelegt, damit das auf dem Speicherschirm des*Zwischen-*

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Speichers 12ü gespeicherte Bild wiederholt abgelesen und auf dem Wiedergabegerät IiA erscheinen kunn. din weiterer Vorteil des Zwischenspeichers 120 ist dadurch bedingt, dai3 er eine abgewandelte Betriebsweise in denjenigen r'-'-.llen zulc'iit, in Jenen die Speicherfähigkeit der Bildspeicherröhre lh überfordert woruen würde, Dies konnte eintreten, vrenn die oetrachteten Bilder kontrastschwach oder wenn längere j-nt3grationsdauern erwünscht sind. In diesen fällen könnte die thermische ,.^;.lrrie-ibstrahiung des Ho ntgenbildver stärkers dazu führer., daß uie ^ycicaerschirme der rildspeicherrohren überfüllt werden. Weiterhin würde es diese Ausführung auch erlauben, unterschiedliche Herkmale des zu prüfenden Organs ohne Verlust irgendeiner Information und ohne zusätzliche ^onderbestrahiung des Patienten aufzuzeichnen und das gespeicherte 3ild z.ü. nit der photοgraphischen Kamera 106 mit verschiedenen Kontrasten und Verstärkungen aufzunehmen und zu ßrüfen.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 könnte die Zwischenspeicherröhre 120 durch ein magnetisches Platten- oder Bandspeicherwerk ersetzt werden, das dazu benutzt werden könnte, das vom Speicherschirm 68 abgelesene Signal aufzuzeichnen und wiederholt und ohne Löschwirkung ein Ausgangssignal zu erzeugen, das auf der Kathodenstrahlröhre lOty sichtbar gemacht werden kann.

Fig. 3 zeigt eine der wichtigsten Ausführungen des Bildwandlers nach der Erfindung. In dieser Ausführung weist der Bildwandler eine Bildverstärkerröhre 12 auf, die durch eine Faseroptik 52 mit einer Bildspeicherröhre Ζ** verbunden ist. Das

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Ausgangs, signal wird in; der beschriebenen Weise von einem Speicher schirm 68 abgeleitet» der über einen Pulshöhendiskriminator l?w. mit einem schalter 132 verbunden ist. In der dargestellten öch:- Its -teilung über den Kontakt 1 vorbindet der Schalter 132 den Pulshöhendiskriminator l?u mit einer Abtastwandlerröhre 13^, die mit einem ochreibstrahlelektronenstrahler ein Laciungsmuster auf einen Speicherschirm aufzeichnet, ^in gesonderter Ablesestrahlor tastet laufend den speicherschirm ab, um ein üusgangss-ijnpu?;! abzuleiten, das über einen Verstärker Ιΰυ auf einer. Kathodenstrahlröhre IQk- zur Darstelliing kommt. Eine für diese •Schaltung geeignete Abtastwandlerrühre ist in der amerikanischen Patentschrift 3 12^ 715 beschrieben.

vlίνα der Schalter 132 in Fig. 3 auf den Kontakt 2 umgelegt, so verbindet er den Pulshühendiskriminator 17^ mit einem Pulehöhenmesser 17O, dessen Ausgangssignal einem Spannungsanzeiger, ζ„3. einem Hegistriergerät 178, zugeleitet wird. Das Ausgangssignal des Pulshöhendiskriminators I70 erzeugt über einen widerstand 17^ eine Spannung, die auf den Pulshöhenmesser,176 einwirkt.

.-Bei ,„der Betrachtung von Isotopen, die in den menschlichen Körper injiziert sind, gibt es viele andere Fremd.strah lungs quellen» ■■■ .-so* machen .sich z.B. die- kosmischen Strahlen und Gamma-, strahlen, die in der-Nachbarschaft der zu untersuchenden Stelle vorhanden sind, in einem leisen Geräusch bemerkbar. Ferner werden Gammastrahlen und Röntgenstrahlen» die,als Streustrahlen von anderen-Körperteilen stammen, als Zufallssignale wahrgenommen,

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die natürlich kein genaues Bild des betrachteten Organs ergeben. Bei mechanischen o'zintillationsabtasterri früherer Ausführung war es. bekannt, Vorrichtungen zürn ijiskriminieren dieser Zufallsstrahlungen vorzusehen, um nur Szintillationen höherer Intensität des oder der zu betrachtenden organe zu reflektieren, dei Ausführung der Pulshöhenäiskrimination mit Fernsehkameras früherer Bauart hat sich jedoch herausgestellt, daß der dynamische Bereich dieser Vorrichtungen zu klein war, um- eine genaue und wirksame Diskrimination unter Ausfilterung von Fremdsignalen zu erreichen. Es ist daher eine wichtige Auswirkung der vorliegenden Erfindung, daß sie es ermöglicht", eine Biluspelcherrühre '3Λ zu schaffen, die die besondere Eigenschaft eines vielten dynami-' sehen Bereiches aufweist, -.oei den üblichen Ausführungen der bisher bekannten Bildspeicherröhren würde der Speicherschirm schon bei einem niedrigen öpannungsbereich von einigen Volt' gesättigt werden. 2s war daher sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, solche Signale auszufiltern, die nur eine ,Spannung von einigen Zehntel Volt haben, und hur diejenigen Signale aufzunehmen, deren Aufnahme erwünscht ist. Einer der besonderen Vorteile des Speicherschirms 68 nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sein oättigungsspiegel wesentlich höher liegt, etwa im Bereich von 15 bis 25 Volt. Mt einem Speicherschirm dieses dynamischen Bereiches ist die Pulshohendiskrimination leicht durchführbar, so daß die Unterdrückung von Störsignalen möglich ist, die mit 3ildspeicherröhren früherer Ausführung nicht erreicht werden konnte₀ weiterhin ist es zur Durchführung der Pulshohendiskrimination notwendig, das Ladungsmuster schnell

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•zu entladen, damit das bei einer einzigen Abtastung des Speichers chi mis erhaltene Ausgangssignal nur ein ötrahlungsquantum . je I3ildelement darstellt. Der Speicherschirm 68 hat infolge seiner Porösität die Fähigkeit, daß er sieh schnell entladen kann. Die Speieherschirme früherer Bildspeicherröhren benötigten zum Löschen" des Ladungsbildes erheblich mehr Zeit. Mn weiterer Vorteil der schnellen Löschmöglichkeit während einer einzigen Abtastung des Speicherschirms 68 ist die hierdurch erreichbare Vergrößerung der Signalamplitude. Das Ausgangssignal ist eine Punktion der auf dem Speicherschirm gespeicherten Ladung. Dadurch, daß im wesentlichen die ganze Ladung auf der Rückwand des Speicherschirms gesammelt werden kann, wird eine Vergrößerung der Amplitude des Ausgangssignals erreicht.

Bei der Fernsehkamera nach Fig. 3 wird das Ausgangssignal "von dem Speicherschirm 68 abgeleitet und über den Kondensator lOü dem Pulshöhendiskriminator 170 zugeführt. Pulshöhen- oder Amplitudendiskriminatoren sind an sich bekannt. Sine Ausführung, die bei der !Fernsehkamera nach Fig. 3 verwendet werden könnte, ist in dem Buch '"'Millimicrosecond Pulse Techniques" von Lewis und Wells j 195^,"Seiten 232 - 239, beschrieben. Beim Betrieb der Fernsehkamera nach Fig. 3 wird zur Durchführung der PuIshöhendiskrimination die Zeit, in der die Bildspeicherröhre I^ das verstärkte optische Bild aufnimmt, so eingestellt, daß nur ein Strahlungsquantum je Bildelement aufgenommen und zwischen den Ablesetastungen von der Bildspeicherröhre gespeichert wird. Zur Durchführung einer Pulshöhendiskrimination ist es somit

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nötig, nur eine ^zintillation oder einen i-uls je Bildelement der zu betrachtenden Körperstelle aufzunehmen, würde es zugelassen werden, eine hehrzahl von Pulsen auf dem Jpelcherschirm Ger Bildspeicherröhre I^ zu speichern oder zu integrieren, so könnte nicht die individuelle otrahlunrsintensität jedes -Jilrielementes wahrgenommen, sondern nur eine statistische _umnlerung der özintillationen aufgezeichnet werden. z>ei Betrieb der bildspeicherröhre lA- tastet der Ablecestrahl daher die oberfläche des Jpeieherschirms 68 mit einer hinreichend hohen geschwindigkeit ab, um sicherzustellen, cia.O die Ueit zwischen den Abtastungen so kurz ist, daß nur" ein Photon oder nur eine ozintillation je Bildelement wahrgenommen wird. L>ei einer beispielsvieisen Durchführung der Pulshöhendiskriminatlon wurde die Abtastgeschvrindigkeit der Bildspeicherröhre I^ auf 1/30 oder l/ou Sekunde eingestellt bei Bestrahlung mit schwachen Gammastrahlen, wie sie bei medizinischen Untersuchungen verwendet werden. Lei höherer otrahlendichte k:mn mit höheren Abtastgeschviindigkeiten gearbeitet werden. Der Pulshöhendiskriminator 170 läßt sich so einstellen, daß er nur Pulse oberhalb einer bestimmten Amplitude oder bei Bedarf innerhalb eines bestimmten AmpllfLudenbereiches aufnimmt. Er kann.demgemäß auch so eingestellt werden, daß er nicht nur störende Aufnahraegeräusche, sondern auch störende Nebengeräusche unterdrückt _t die aus der otreustrahlung von kosmischen Strahlen stammen.

Die richtig gewählten Pulse können nun benutzt werden, um über die Abtastwandler röhre 13 0 und die Kathodenstrahlröhre

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ein Bild zu erzeugen oder auf dem rulshohenrnesser I76 unmittel-•bar zu registrieren. Bistabile Rultivibratoren, die an sich bekannt und in einer geeigneten Ausführung in dem bereits genannten Buch "Millimicrosecond Pulse Techniques" von Lewis und V-ells, 195^> oeiteli 239 - 2.kk, beschrieben sind, könnten bei der i-'ernsehkamera nach Fig. 3 in den bchaltkreis eingebaut werden.

Bei einer ersten Betriebsweise kann der Pulshöhenmesser 176 in den Ausgangskreis des Pulshöhendiskriminators 17u eingeschaltet .sein, um die quantitative Aktivität einer Anzahl ausgevrählter ot-ellen des jiildes als Funktion der Zeit aufzuzeichnen.

Der- Ausgang des Pulshöhendiskriminators 17^ ist über den Schalter 132 und einen Vorwi der stand 17^- an den Pulshöhenmesser 17O angeschlossen. Der Vorwiderstand 17^- muß so eingeregelt werden, daiä er der Ilo-chleuchtdauer der Leuchtstoff schicht ^o der Bildverstärkerrohre 12 angepaßt ist. Die über den Vorviiderstand 17^ angepaßten Impulse werden dem Pulshöhenmesser 176 zugeführt, der seinerseits ein Potential liefert, dessen Höhe von der Anzahl 'der dem Registriergerät 178 zugeführten Impulse abhängig ist. üas liegistriergerät 178 kann aus einem Tintenschreiber bestehen,der eine Aufzeichnungskurve liefert, die die Anzahl der aufgenommenen Impulse in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.

Bei einer abgewandelten Betriebsweise könnte der Pulshöhendiskriminätor 170 in der'beschriebenen Weise an den Abtastwandler I3U angeschlossen sein und die Kathodenstrahlröhre luty ein vlsuelleiS Bild liefern. Der Abtastwandler 130 schreibt das von der Bildspeicherröhre 14 erhaltene Signal mit einer durch die

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Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahlers 66 bestimmten Abtastgeschwindigkeit auf den Speicherschirm der Abtastwandlerröhre 13^o Sin Ablesestrahler¹ leitet dann von diesem Speicherschirm ständig- mit geeigneter Geschwindigkeit ein oignal ab, das auf der Kathodenstrahlröhre Iu^ zur Darstellung kommt. Kit einer geeigneten Schaltvorrichtung könnte eine ständige sichtbare Wiedergabe auf der Kathodenstrahlröhre erfolgen, während eine quantitative Kessung auf dem liegistriergerät 173 vorgesehen werden könnte.

Bei einer weiteren Abwandlung der Pulshühendiskrimination könnte die Abtastung des Speicherschirms 68 der Bildspeicher-"... röhre 1Λ nur auf einem kleinen Teil des orjeicherschirms 68 vorgenommen werden, um hierdurch einen kleinen Bereich der mit der Bildverstärkerröhre 12 betrachteten Körperstelle sehr genau zu prüfen. Die Abtastbreite kann von dem ,jtromsignal gesteuert' werden, das der Ablenkspule S^ zugeführt wird. Stattdessen könnte der von-dem illektronenstrahler 66 erzeugte Ablesestrahl einfach auf einen besonderen Teil des Speicherschirms 63 pulsiert werden, statt zum Abtasten über die ganze oberfläche des ^peicherschirms beilegt zu werden. Auf diese V/eise kann die Anzahl der von einem einzelnen Element der betrachteten ötelle ausgestrahlten Impulse oder Szintiliationen gezählt werden. Hiermit sind ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart worden, mit denen eine quantitative Kessung des Photonenstrahlungsflusses in irgend einem ausgewählten Bildelement erfolgen kann, die durch Einregelung der Abtastkreise der Bildverstärkerröhre 12 oder durch Ausblendung aller anderen Stellen des abzubildenden Aufnahmefeldes erfolgen

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kann. Die Fernsehkimera ist dann ein 3zintillutioiiszühler, der eine quantitative Information über die lsotouenaufnihmeges"ehwindir;keit oder -verweilzeit liefert, die für die ärztliche Diagnose vital wichtig ist.

nie bereits erwähnt wurde, kann eine zusätzliche Verstärkung durch Einschaltung sekundär strahlender Dynoden entweder in die Bildverstärkerröhre 12 oder in die .Bildspeicherröhre Ik ..erlangt werden. Diese zusätzliche Verstärkung findet eine besondere Anwendung bei der ?ulsh^:5hendiskriminution nach der vorliegenden Erfindung, bei der es erwünscht ist, die Amplitude jedes einzelnen Impulses auf eine Größe zu bringen, die über dem Geräuschpegel der zugeordneten Verstärkerkreise liegt, in dieser Weise können die Grenzwerte für den Jrulshohendiskriminator 17U unabhängig von dem Geräusch eingestellt werden, das von der szintillationskamera 10 und ihren zugeordneten schaltkreisen verursacht wird. .

In Fig. k ist eine Fernsehkamera dargestellt, mit der die Aufzeichnung einer Strahlung von gleicher otrahlendichte, z.3. Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, bewirkt werden kann, die von dem betraohteten Aufnahmebild empfangen wird. Das Strahlungsbild wird durch den Kollimator 2k auf die Bildverstärkerröhre .fokussiert. Der Lichtaustritt dieser fiöhre 1st auch hier durch die Faseroptik 52 mit der Bildspeicherröhre I^ verbunden. In der beschriebenen Weise wird das Leuchtbild von der Photokathode 60 in ein Elektronenbild umgewandelt, das eine entsprechende Ladungsverteilung auf dem Speicherschirm 68 ergibt. Weiterhin wird

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von der kathode Oo ein !elektronenstrahl erzeugt, der die Oberflüche der porösen Schicht ό'Λ des ^nelcherschirms t>8 rr-.ch einem Laster r.ntastet, .infolge acr kapazitiven ko-oylun-· über die porüse •J chi oht 8^k wird von der Leitschicht 82 ein Ausgangs signal abgeleitet. Die Leitschicht 32 ist rerni'.fe x-"ig. 4- über einen .^charter 2i6 entweder über einen VorwIderstand 212 mit einer Mehrzahl von in Abstand liegenden Anzapfungen A, A', _, -^*, ü, cj*, u, *j', S, £',. ί-, FA.«O'dfer über eine opannüngsquelle 211 geerdet, kiu dem Vo -rw id erstand. 212 ist eine ^pannun^squelle 21J parallel^eschaltet, ale die gewünschten spannungen für den u^oicliorüchirm C-) liefert, uas über den Vörwiderstanu 21Γί orhz.ltene Aus ran^sßlenal viird über einen Schalter 213 und einen kondensator 21Λ der K-athodenstrahlröhre 1Λ zugeführt. i>as jildaus gangs sign al der .-jildspeicherriJhre l4, das auf der kathodenstrahlröhre IvA zur sichtbaren -Abbildung kommt, kann in der noch zu beschreibenden weise von der Photokamera Iü6 aufgenommen werden.·

Zur Vorbereitung der Aufschreibung eines Ladungsmusters auf den Speicherschirm 68 ist es erwünscht, den Speicherschirm durch eine Vorspannung zu sensibilisieren. Zur Ausführung dieses ersten Schrittes wird der Schalter 216 mit der opannungsquelle 211 verbunden, um eine positive Spannung von etwa lü Volt an die Leitschicht 32 anzulegen. Infolge der kapazitiven Wirkung der nicht leitenden Schicht 8^ wird auch dia überfläche dieser Schicht entsprechend positiv aufgeladen. Der von der Kathode 86 erzeugte Elektronenstrahl wird dann angezogen und.als Taststrahl über die Oberfläche der Schicht 84 bewegt_s wordurch die überfläche negativ gemacht wird'und auf das Srdungspotential kommt.

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Infolge des Potentialgefälles zwischen der Ausgangsfläche der Schicht 34 und dem leitenden überzug 32 entsteht ein elektrisches Feld auf der Schicht 84« Ist der öcirilter 2l6 noch mit der öp-innuiigsquelle 211 verbunden, so vi.erden die von der rhotokathoüe 60 erzeugten ,Photoelektronen mit ausreichender energie ¹ beschleunigt, ur, den Trägarfllm und die leitschicht 32 zu durchdringen, wobei sie im wesentlichen von der porösen Uchlcht 84 absorbiert werden, unter dem Einfluß des in der Schicht 04 befindlichen elektrischen Feldes werden die oekundärelektronen auf den leitenden überzug 'ZZ geleitet und von Ihm gesammelt. infolge eines iJesamtverlustes on Elektronen wird auf der freigelegten Oberfläche des tberzuges 84 eine positive Ladungsverteilung bewirkt, ,die die anfänglich gleichnv'isige negative Ladung, die bei der oeiisibilisierung aufgebracht wurde, vermindert. Ein Teil der Ladungsverteilung auf.der oberfläche der porösen ochicht Ist in i-'ig. 5 dargestallt* Daraus ergibt sich,- daß Teile der Oberfläche der porösen .Schicht 84 das Potential J aufweisen, während andere Teile unterschiedliche Potentialwerte bis zu einer maximalen Ladung von etvra 10 Volt aufweisen.

Eine wesentliche Auswirkung hat das in Fig. 5 dargestellte Diagramm auf die besondere Art der Ablesung des auf dem .speicherschirm 68 gespeicherten .Signals und auf seine Aufzeichnung, um die gewünschte Dtrahlspur gleicher Dichte der von der betrachteten Körperstelle ausgehenden strahlung zu erhalten. Im allgemeinen setzt sich die Ablesung aus einer.Vielzahl von Ablesevorgängen zusammen, bei denen jeder Vorgang die Gestalt der Ladungsverteilung auf dem opeicherschirm über einem bestimmten

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Ladungsniveau aufzeichnet. Im einzelnen wird der erste sungsschritt mit dem schalter 21 ό durchgeführt, der mit.der Anzapfung A des Vorwiderstandes und der Spannungsquelle 21Ü -verbunden viird, wobei die Leitschicht 32 des .Bildschirms eine —negative Spannung von etwa 9|5 Volt erhellt. Infolge der kapazitiven Auswirkung der porösen Schicht 34 wird der Pegel des Ladungsmusters auf einen entsprechenden Betrag, also auf 9,5 Volt, vermindert. L/aher liegt mit Bezug auf .fig. 5 ein Teil der Ladungskürve oberhalb der Linie A, und dieser Teil ist positiv, während die unterhalb der .Linie λ befindlichen Teile bezüglich der Erdung negativ sind» Wenn der von der geerdeten Kathode 68 erzeugte Ablese-Eiektronenstrahl die Oberfläche der porösen Schicht 84 abtastet, wird er nur von den Teilen der Oberfläche der porösen Schicht 34 angezogen, die bezüglich der Erdung positiv sind. Dies besagt aber mit anderen Worten, daß der Elektronenstrahl auf demjenigen Teil des opeicherschirms auftreffen · wird, der positiv aufgeladen ist (d.h. auf den oberhalb der Linie A in Fig. 5 liegenden Teil), und= die Ladungsabgabe des Ablesestrahls an die überfläche der Schicht 84 erzeugt ein kapazitiv gekoppeltes Signal, das durch die Leitschicht 82 zum Vorwiderstand 212 gelangt. Ein Bildsignal, das dem durch den Vorwiderstand fließenden Strom entspricht, wird über den Kondensator der Kathodenstrahlröhre Iu4 zugeführt, auf der ein entsprechendes Bild sichtbar wird. Ausdrücklich wird bemerkt, daß der-Ablesestrahl wä~hrend des ersten Ableseschritts die freigelegte Oberfläche der porösen Schicht 84 auf das Potential der geerdeten Kathode 86 in einer einzelnen Abtastung zurückbringt. Somit wird

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•derjenige Teil der in Fig. 5 durch die Kurve kenntlichgemachten Spannungsverteilung, der eine positive spannung aufweist, also .der oberhalb der Linie A liegende Teil, während des ersten Ableseschrittes geloscht. Hur der unter negativer spannung befindliche Teil der Kurve, der sich unterhalb der Linie A befindet, bleibt nach dem ersten Ableseschritt erhalten.

Fig. 6 zeigt eine photographische oder sonstige .vtoäergabe der Linien gleicher utrahldichte der auf die JUidspeicherröhre nach Fig. Ψ fallenden Strahlung, üei der ersten Ablesung wird das Bildsignal, das dem oberhalb der Linie A (Fig«, 5) befindlichen Teil der Kurve entspricht, über den Schalter 213 der Kathodenstrahlröhre 104- zugeführt und dort als Umriß der in und oberhalb dieses Pegels liegenden strahlung sichtbar gemacht. Dieser Umriß kann mit der Photokamera iü6 photographiert werden und entspricht dann der Spur A der bildlichen Wiedergabe in Fig. 6V

Um eine deutliche Unterscheidung zwischen den nacheinander abzuleitenden Spuren zu"erhalten, ist es notwendig, als zweiten Schritt eine Löschung vorzunehmen, ehe die nächste Spur aufgezeichnet wird. Bei diesem Schritt ,wird der ο cha lter ,213' geöffnet, so daß er die Verbindung zwischen der Kathodenröhre 1^4 und dem . Speicherschirm 68 unterbricht, während der Schalter 2l6 mit der Anzapfung A¹ des Vorwiderstandes 212 verbunden wird, wodurch eine Spannung von etwa 9,0 Volt auf den Speicherschirm 68 kommt. •Der Ablesestrahl wird dann über die Oberfläche der Schicht 8^ , bewegt, wobei er den zwischen den Linien A und A',befindlichen Teil des Ladungsmusters löscht. Da der Schalter 213 während dieser Löschung geöffnet ist, wird kein Bild auf der Kathodenstrahl-

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rohre 1υ4 sichtbar, und demgemäß erscheint zwischen der ersten und zweiten Spur nur ein weißer Ring. Dieser weiße Zwischenraum ermöglicht eine klare Unterscheidung"zwischen den aufeinanderfolgenden Spuren.

Sei dem nächsten Schritt wird der Schalter 2lu mit der Anzapfung d> verbunden und hierdurch eine niedrigere negative Spannung an die Leitschicht ^;)2 des -peicherachirms 68 ..-.ng e legt. wührend des zweiten Able se Vorganges wird der positive i'eil der Spannungsverteilung auf der oberfläche der porösen Schicht 64 kapazitiv mit der Leitschicht o2 gekuppelt und durch die negative spannung vermindert, die über den Vorwiderotand 212 mit etv/a 3,5 Volt zugeführt v;ird.

JQV von der Kathode 86 erzeugte Ablesestrahl vjird nur von demjenigen Teil der Spannungsverteilung angezogen, der eine positive Ladung aufweist, d.h. von demjenigen Teil, der in i-ig.5 oberhalb der Linie B liegt, uer Ablesestrahl, der nur auf diesen Teil der Oberfläche der porösen Schicht 84 auftrifft, verursacht daher die Bildung eines kapazitiv gekoppelten signals, das durch den Vorwiderstand 212 gelangt und ein entsprechendes Bildsignal auf der Kathodenstrahlröhre IC^ hervorruft. Wie weiter oben bei der Beschreibung des ersten Ableseschrittes erwähnt wurde, bringt der Ablesestrahl auch diesen Teil der Ladungsverteilung auf das Erdungspotential der Kathode 86 zurück. Sodann wird von der ,Photokamera 106'eine zweite Aufnahme gemacht und eine zweite Spur auf den photographischen Film aufgenommen, die dem Umriß der Potentialverteilung auf dem Speicherschirm gemäß der Spur B

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entspricht. Der Schalter 213 v?lrd dann wieder geöffnet und eine -zweite Löschung durchgeführt, um den zwischen den Linien .3 und B' befindlichen Teil der .uadungsverteilung zu entladen. Mf die&e weise wird ein weißes Feld geschaffen, das die B-opur umgibt und ihre klare Unterscheidung von der Α-Spur und den weiteren noliii'herzustellenden Spuren ermöglicht.

In gleicher Weise wird der Schalter 216 nacheinander mit jeuer der weiteren Anzapfungen C - j?¹' des Vorwiderstandes verbunden und von der leitschicht 82 jeweils ein kapazitiv gekoppeltes Jignal abgeleitet, das der abgelesenen cipannungsverteilung in den unterschiedlichen Höhen entspricht, die durch die an die Leitschicht 82 angelegte Spannung bestimmt sind. Demgemäß werden zunehmend verminderte negative Spannungen an den Speicherschirm 63 angelegt, up auf der Kathodenstrahlröhre Iu^ LadungsVerteilungen und demgemäß Strahlungsintensitäten von abnehmender stärke zur Abbildung zu bringen. Dabei wird bei jeder neu auf der Kathodenstrahlröhre erscheinenden Abbildung eine Aufnahme mit der Phdtokamerä Iü6 gemacht, die das jeweilige Bild auf einen photograph i sehen i?'i Im bringt, ü-emäß Pig. 6 können diese Aufnahmen nach dem jintwiekeln des Films überlagert werden und ergeben dann ein Schaubild derjenigen Stellen des betrachteten Objekts, die die gleiche Strahlungsdichte aufweisen.

Die Zwischenzeitliehen Löschschritte der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise können gegebenenfalls auch entfallen. In manchen Fällen reicht es aus, wenn man eine Anzahl photographlscher Aufnahmen erhält, die jeweils einen Bereich gleicher

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otrahlungsdichte erkennen lassen. In solchen Füllen kann eine gesonderte photographisehe Aufnahme gemacht werden, wenn die Spur vom Speicherschirm 68 abgeben und auf der kathodenstrahlröhre104 abgebildet wird.

liit dem beschriebenen Gerät und der beschriebenen Verfahrensweise ist es somit möglich, eine Wiedergabe von Stellen gleicher Strahlung ε dichte eines Aufnahmeobjekts zu erhalten, z_eiJ. eines organs des menschlichen Körpers, in das radioaktive isotopen injiziert ,worden sind. Eine solche photographische wiedergabe ermöglicht es dem Arzt, genauer als bisher zwischen Stellen unterschiedlicher Isotopenkonzentrationen innerhalb des untersuchten Organs zu unterscheiden. Bisher konnten solche stellen gleicher Strahlungsdichte nur durch verwickelte Auswertungen auf Computern oder mit Hilfe sehr kostspieliger mechanischer Geräte zum -Aufzeichnen kurvengleicher Strahlungsdichte ausgemacht werden, uxe Fernsehkamera nach Fig. 4 und die für sie beschriebene Betriebsweise ermöglicht es, diese wertvollen Aufzeichnungen wesentlich schneller* und billiger als bisher zu erhalten.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, 'einen Bildwandler zu schaffen, der in der Lage ist, die aufzunehmende Strahlung, z.B. !röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, so zu verstärken, daß jedes Strahlungsquantum mit einem hinreichend breiten dynamischen Bereich abgetastet und jedes einfallende Photoelektron auf den Speicherschirm aufgezeichnet werden kann.

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AIs unmittelbares .irgebnis diener Kombination erh-jlt man die Hügrichkeit, kleine hontrastunterschiede in liüntgenbildern - festzustellen, was mit Bildwandlern früherer Ausführung nicht möglich war, und mit einer Auflösung zu arbeiten, öle mit den mechanischen Abtastgeraton bisheriger Ausführung nicht erreicht worden konnte, infolge seines breiten dynamischen Bereiches 1st man mit dem Bildwandler' nach der Erfindung auch in der Lage, eine Pulshohendlskrimination durchzuführen und stellen gleicher Strahlungsdichte des zu prüfenden liüntgenbildes zu ermitteln. Bei dem mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Speicherschirm ergibt jedes von der rhotokathode όυ ausgestrahlte rhotoelektron eine Ablagerung von etwa lüu bis 2üu Ladungseinheiten auf einer hoch isolierten üpeicherschlcht geringer Dichte, die diese Ladungen sammeln und ohne wesentlichen Auflösungsverlust und viele Stunden lang speichern kann, jjabei arbeitet der Speicherschirm 84· im wesentlichen störungsfrei, so daß er die Eigenschaften einer hohen Empfindlichkeit und einer störungsfreien Ablesung verbindet.

um verständlich zu machen, wie nahe der Bildwandler nach der vorliegenden Erfindung dem idealen Bereich kommt, jedes von dem Eingangsschirm 26 der Bildverstärkerröhre 12 absorbierte

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Strahlungsquantum aufzuzeichnen, mag sich/aus den folgenden Ausführungen ergeben. Zunächst sei festgestellt, daß Isotopen, die Gammastrahlen in der Stärke toon ^O bis 150 keV abstrahlen, sich .gegenüber Isotopen höherer Strahlungsenergie als vorteilhaft erwiesen haben. Beispielsweise können solche Isotopen wie 'I^lc;-99M oder Hg-197 eine größere Aktivität aufweisen, um die er-

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forderliche große Zahl unabhängiger Photonen für ein rsild hoher Auflösung zu erhalten, wobei zugleich eine bessere Sicherheit für den Patienten gegen Strahlungsschaden dadurch erzielt wird, daß mit einer niedrigeren Totaldosierung der isotopen g-j'-Arbeitet werden l:unn. i-'ür den Zweck dieser beispielhaften Berechnungen wird angenommen, dau die von einem isotop·» r.us ge sandte strahlung mit einer Energie von low KeV von dem Schirm 2o der Bi luver rstürkerrJhre 12 absorbiert wird-. ..elterhin kann geschätzt werden, daß der röntgenschirm 2ό ein umwandlungsvermögen von ungefähr U _to hat. Daraus ergibt sich, daß Iw ο7 (xJlektronenvolt) zur Bildung von Photonen verfügbar sind, wobei jedes Photon üblicherweise 3 eV trägt, was insgesamt 33^ sichtbare Lichtphotonen für jeden absorbierten Gammastrahi ergibt. Lei einer üblichen iiuantenausbeute von Iu _/3 für die Schicht der Photokithode 3^J des Röntgenschirms 26 werden 33° Photoelektronen von dem !röntgenschirm 26 abgestrahlt. Diese Photoelektronen werden auf ungefähr 25 keV beschleunigt und treffen auf den Leuchtschirm 36, der seinerseits eine übliche Umwsndlungsleistung von 8 >.hat* Somit ist eine Gesamtenergie von 33^ x 25 x IU x ö,u8 eV - 6,5 x 10·^ eV zur Bildung von Photonen auf dem Leuchtschirm J6 verfügbar, was einen Lichtausgang von 2,2 χ ICK Photonen für jeden absorbierten Gammastrahi ergibt. Diese Photonen werden nun gesammelt und durch die Faseroptik 52 optisch auf die Bildspeicherröhre Ik fokussiert. Mit solcher Faseroptik kann eine Übertragungsleistung bis nahezu 50 ^CA erreicht werden, un,d demgemäß würden ungefähr 1,1 χ ICK Photonen auf die Photokathode 6ü der

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31 Iuspeieherrühre I^ für joden .Vbsorbierteil G?.mimstrahl auftreffen. Die Photokathode όυ kann eine luantenleistung. von 10 ,j haben, so daß 1,1 x.Iu rhotoelektronen je absorbiertem Gammastrail 1 abgestrahlt werden, ui die poröse Schicht des ,jpoicherschirms 6ß dle Eigenschaft einer hohen Ausbeute in der urüße von IOC oder, mehr hit, können ungefähr 1,1 xlo° elektronische Ladungen auf~der porüsen öchicht 'öH- des ^eitschirms ό·3 für jeden absorbierten ilontfcenstrahl aufgenommen werden. Demgemäß wurde gefimden, daß der Verstärkungs^rad und. die Ausbeute des 3peieherschirms dieser liildspeicherrühre mehr als ausreichend ist, um iiauscherscheinungen der zugeordneten Jysterae zu überdecken und auch in den Bereich der theoretischen Grenzleistung zu kommen, jeden absorbierten Gammastrahl auszunutzen und gleichzeitig eine Pulshohendiskrimination gegenüber Eauscherscheinungen des ilintergrundes durchzuführen. Ferner wird bemerkt, daß bei Verwendung eines üblichen Linsensystems anstelle der Faseroptik 52 oder bei Abbildung von Quanten niedriger Energie eine zusätzliche .Verstärkung notwendig lierden kann, um jeden Impuls für den Zweck, der Pulshohendiskrimination über den Rauschpegel der züge-

ordneten Schaltkreise zu verstärken.

, , _:Grund:Sätza.ich-,muß:ein Bildwandler für Gammastrahlen bei der niedrigstmögllchen ^trahlungsiärke betrieben werden, um dtrahlungsschaden bei der ärztlichen Behandlung von Patienten zu vermeiden, was an sich auch der Bedingung entspricht, bei der die Kon.tr.aste und^ die Auflösung durch die Quantenart der aufzunehmenden Strahlung begrenzt sind. Die fundamentale Beziehung ist

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eine statistische Beziehung zwischen.der Anzahl'der aufgezeichneten Einzelimpulse oder ^trahluna-semißnionen je Bildelement . der zu betrachtenden ubjektstelle und den Schwan]mngen^: dieser .,.■ Zahl, die ihrerseits den erreichbaren Kontrast bedingt» üei,. dieser Erörterung stellt ein Bildelement dasjenige Teilchen öder . Punktepaar dar, das von der .-Bildspeicherröhre aufgelöst;, werden kann. Bei Geräten zur Aufzeichnung von Alpha- und üöntgenstrahlenemissionen ist der Grenzfaktor durch die mit den verfügbaren Kollimatoren erhaltene Auflösung bestimmt. Die verfügbare Kontraststärke bestimmt den Auflösungsgrad zwischen benachbarten Elementen und das Ausmaß, in dem die abstrahlende Stelle untersucht und studiert werden kann. Die· Schwankung in der Anzahl von Pulsen ist gleich der llormalabweichung ΤΠ für ein zufälliges Auftreten von Photonen, wobei II die Durchschnittszahl von Impulsen darfjtellt', die je Integrationsperiode aufgezeichnet werden. Jird der Kontrast C zv/ischen benachbarten Bildelementen IL und lip durch die Formel

bestimmt, dann muß die mittlere Abweichung Ju größer als (IL - li_) durch einen Sicherheitsfaktor k sein, damit dieser Unterschied real vorhanden.ist und nicht nur auf einer zufälligen Schwankung beruht. Hit anderen Worten: üie iinission von Gammastrahlen oder Röntgenstrahlen von einer Strahlungsquelle, wie sie ein in den menschlichen Körper injiziertes Isotop, darstellt, ist keine regelmäßige, sondern eine zufällige Ürscheillung. Der Schwankungsgrad von Gammastrahlen kann für eine be-

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frronzte ZoIt großer' sein als die Anzahl von Emissionen von benachbarten Elementen infolge ihres "intensitätsunterschiedes. um einen Kontrast zwischen benachbarten ..al α element en herzustellen, der größer als aie natürliche Schv/ankun;.; in der Anzahl von emittierten Gammastrahlen ist, muß der Kontrast der fol-;eiiden .:ledingung. entsprechen:

— ά — K

-Yf

K JI

Ausgedrückt durch die Gesamtzahl von j-ammastrahlemissionen je Bildelement P und die lineare Auflösung (oder Anzahl von aufgelösten .Einheiten, Linienpaaren) längs einer Kante des betrachteten Bildes ist dann

IJ = ?/R² - (2).

Liurch oubstltuierung der Gleichung (2) in die Gleichung (1) ercibt sich dann ·

G = k

Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, daß ein Strichgitter durch einen geschulten Beobachter erkannt werden kann, isrenn k = "3»-l6 ist. Es ist daher möglich abzuschätzen, wie viele Szintillatlonenoder Gammastrahleneniissionen je Bildelement P erforderlich sind, uin eine gewünschte räumliche Auflösung R mit einem

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spezifischen Kontrast C zu sehen, jie «jleichung (3) ist für η als Funktion vor. C und P gelöst und in i'ig. 7 -als Diagramm ausgewertet worden, um das Problem der ^rreiohun^ hoher räumlicher Auflösungen in ^annastrahlen-ASotopen-.ibbilüungs.syatenicn. anschaulich zu machen, uas Diagramm nach ι'Ί^. 7 vmrde für einen öildverstt.rker aufgezeichnet, aer ein Bildfeld von 18 cm ijurchnesser auf v/eist, unter besonderen Lo dingung on erforderte eine Auflösung in der Größenordnung von 0,5 Linienpaaren je mm für einen hohen Einheitskontrast, daß der opeiüh er schirm 63 ίο-³ aufgezeichnete ^sintill'-'-tionen absorbiert. Im allgemeinen kann aus Fig. 7 entnommen werden, "daß eine •oildspeicherrührc von hoher Auflösung bei schwachen Kontrasten einen Speicherschirmbenötigt, der eine sehr große Zahl von Ladungen je Bildelement speichern kann, ehe eine Jüttigung eintritt. Für die Bildspeicherröhre nach der Erfindung hat sich ergeben, daß 10 elektronische Ladungen je loC kV Gammastrahlen auf einem opeicherschirm je einfallenden Gammastrahl aufgezeichnet v/erden können. Für einen rlinheits« kontrast (d.h. für einen Kontrast mit C= 1) werden IU Gammastrahlenquanten je Bildelement benötigt, während für einen Kontrast von o,3 lüö Quanten erforderlich wären, was erfordern würde,

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daß 10^Y bis lü Photoelektronen je Bildelement in einer Integrationsperiode gespeichert werden. Der in Fig· 2 dargestellte Speicherschirm hat die erforderliche hohe Speicherfähigkeit von

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etwa 10' bis 10 Elektronen je Bildelement, während die Orthikonopeicherröhre bisheriger Ausführung nur maximal etwa ICK Elektronenladungen je Bildeiement speichern--kann« Schließlich ist berechnet worden, daß zur Abbildung eines Aufnahmefeldes mit

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einer &<§n/\ulgke;i1i von^ etwa 1 _,<> mindestens 10 Ladungen je BiIdt rr^uf; daji, speicherschirm 68 gebracht werden müssen.

nach der ^rfindung für Hont genstrahl en oder Gammastrahlen' ist- somit den bekannten Wandlern weit überlegen, · Die bish'ör bühutzten iircnnstrah3-en-lsotopencer:"te wie diejenigen von*''Migctr''sowie Von iienüer und IJlau hr.bon einen geometrischen iVuflö'SÜnrrsüereich von etwa y bis Io nmi (oder angenähert 0,1 Linieiipaar/mmji Andere Fernsehlcameraabbildun'gssysteme bisheriger Ausführung haben sv/ar eine räumliche Auflösung, die derjenigen* des^;"bi-Idviandlers nach der vorliegenden Erfindung nahekommt, sarid' jedoch dadurch in-ihrer Anwendbarkeit beschränkt, de ihr opeicherschirm nicht die jiigenschaft hat, auf längere Liauer zu speichern, und überdies' haben sie einen wesentlich kleineren djTiamischen Bereich und können nur weniger als lü^J lilektronen. je Bildelement speicheriie Als iirgebnis der Verstärkung des Gammastrahlenblldes"und der Vergrößerung des dynamischen Bereiches und der -Ausbeute-des Speichers chirms nach der vorliegenden Erfindung ist nicht nur eine' hohe Auflösung und Empfindlichkeit für schwache "Kontraste, s'ondern auch die Durchführung der Pulshöhendis-.kruaninaiCion·, · o'er oUbträktion ■von aufeinanderfolgenden Bildern auf dem SpeiuhersGhirni ündder Erzeugung von Diagrammen mit kurvengleicher btrahlungsdichte erreicht worden, was mit Fernsehkamerasystemen, oder Sz inti Hat ionskameras bisheriger Ausführung:-nicht möglich war.

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Claims

tat entans prüche

ill Bildi

ill Bildwandler für energiereiche otrahlung mit einer Bildspeicherröhre, in der ein dem aufgenommenen Strahlungsbild ent- ' sprechendes Elektronenbild auf einen Speicherschirm geleitet\ .\ und das hierdurch erzeugte Ladungsbild punktweise abgetastet v und gelöscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher- "-,-' schirm (όο) eine hohe Speicherzeitkonstante und eine, kurze üntladungszeit aufweist. . _ . . ,_:1

2.'Bildviandler nach Anspruch 1, dadurch; gekennzeichnet, ^ daß der Speicherschirm einen leitenden"Träger (82) und eine darauf befindliche dielektrische Speicherschicht (84) aus einem . . porösen Werkstoff aufweist, dessen Dichte geringer als 10 ,ο \ des Speichervierkstof f s . in kompakter Form ist, wobei die Speicherschicht mehr als Io . Elektronen für jedes Blldelement speichern kann. .; ; ■ ; ~ ~ ;

3. Bildwandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das wiederzugebende Objekt aus räumlich verteilten Elementen besteht, die je Strahlungsquanten in bestimmten zeitlichen Abständen abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (66) für den Speicherschirm das auf letzterem gebildete Ladungsbild in kür« ζeren Zeitabständen als diejenigen zwischen den Strahlungsquanten löscht, so daß gewährleistet ist, daß stets nur ein Strahlungsquantum von jedem Bildelement gespeichert wird, und daß ferner am Ausgang des Bildwandlers Mittel (i?0) vorgesehen sind,

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BADORiGaMAL

um ätörsignale zu.unterdrücken. .

' ^.:'Bildwandler nach Anspruch 3> dadurch-gekennzeichnet, daß die hittel zur unterdrückung der'ötörsignale aus einem .coils höhend!skriminator (1?^) bestehen. .

\ .--".;■ 5· ■■-,Bildwandler nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß- der Pulshühendiskrirainator mit einem Impulszähler (178) verbunden ist.

6. Bildwandler nach Anspruch k oder 5» dadurch gekennzeich-

- net, daß der Pulshöhendiskriminator mit einer Jpeicherrühre (13O) mit Schreibstrahl und Lesestrahl verbunden ist, deren Lesestraäl eine andere Abtastgeschviindigkeit als die Abtastvorrichtung für den Speicherschirm (68) im Bildwandler hat und deren Ausgang

■■", - mit -einer Bet rachtungs vorrichtung (10^) verbunden ist.

7. Bildwandler nach einem der Ansprüche"2 bis 6, dadurch gekeimzeichnet, daß die Äbtastvorrichtung (66) einen Elektronen-

■ strahl erzeugt j der ds& Speicherschirm (63) mit einer größeren Geschwindigkeit bestreicht, als es der Quantenaussendegeschwindigkeit der Öbjektelemente entspricht, und hierbei das Ausgangssignal erzeugt und, das Ladungsmuster löscht.

8. BildwandleiE' nach, Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel (9k)zur selektivea Ablenkung des Elektronenstrahls über einen

^TeIl des Speicherscbirras (60)zwecks Ausblendung eines entsprechenden Teils des Strahlungsbildes.

9. Bildwandler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Spannungswähler (212), mit dessen Hilfe dem leitenden Träger (82)

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des Jpeicherschiriris nacheinander verschiedene Potentiale zugeführt werden künnen, um so stufenweise absteigende Potentiale an den Speicherschirm anlegen und dadurch jeweils" Ausgangssignale erzeugen zu können, die der Aufladung oberhalb der jeweiligen Potentialstufe entsprechen, und gleichzeitig diese Ladungen zu löschen.

10. Bildwandler nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (Iu^-, 106) zur aufeinanderfolgenden Aufzeichnung und Speicherung der den einzelnen Potentialstufen entsprechenden Ausgangs signale. ".'■ .

11. Bildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,; daß an der porösen ochicht (3*0 des Speicherschirms ein elektrisches Feld liegt und daß der auf die freie Oberfläche der porösen Schicht gerichtete Elektronenstrahl so gewählt ist," daß er die freie Oberfläche bei der Abtastung und Bildung des Ausgangssignals auf ein Gleiehgewiahtspotential zurückführt, sowie daß die an der porösen Schicht liegende Feldstärke so gewählt ist, daß sie zwar ausreicht, um die in der porösen Schicht gebildeten Sekundärelektronen ira wesentlichen in den Poren aufzufangenι nicht aber um innerhalb des festen Materials befindliche Ladongaträger zu sammeln, -

12» Bildwandler naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet** daS surErzeugung des Elektronenbildes ein© dl© energierelshe Strahlung auffangende Pnotokathode (26) mit nachgeschalteter Elektronenoptik (^2) und einem Elektronen-

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blldverstc-rker (3ΰ,52,oO) dient.

" 13-β Bildwandler nacn Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der ßlektroneiibildverstärker aus einem Leuchtschirm (^u), .-einen). u^rcnanGchließendeii Lichtleiter (52), der von einer zweiten Ehotokathode (üOl) äbgeGchlossen wird, und einer weiteren Elcktroneiiaptik (?0,?2,7^), die des ^lektroneiibild auf dem. speicherschirm (68) entwirft, besteht.

14. Bildwandler nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste.Phötokathode mit der nachgeschalteten Elektronenoptik und die sweite Phötokathode mit der nachgeschalteten Elektronenoptik und dem Speicherschirm ίχι getrennten Vakuumkolben (12,5^) untergefcracht sind und daß der Leuchtschirm (¹K)) des im ersten Vakuumkolben (12) untergebrachten Elektronenbild-Verstärkers und die Photökathode..(6?.) des im zweiten Valiuumkolben untergebrachten Slektronenbiidverstärkers mittels einer Paseroptik (52) verbunden sind.

15. Bildwandler-'nach einem der .Ansprüche 12 - 1^, dadurch gekeniizeiclinet, daß der Kollimator (3^) zwischen dem Objekt und der ersten Photokathode (26) vorhanden ist.

Iu. Verfahren zur Abbildung einer Strahlungsverteilung mit Teilen verschiedener Intensität auf Gebiete einer Bildflache, die diesen Teilenentsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsverteilung in ein entsprechendes Elektronenbild umgewandelt wird, daß das Elektronenbild auf einen. Speicherschirm (68)C gerichtet wird,, der die Eigenschaft nat, das Slektronenbild

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als entsprechendes 'Ladungsbild zu speichern und bei iilektronenbecchuß die entsprechenden Jtellen des Ladungsbildes rasch zu entladen, dafc die Oberfläche des opeicherschirms mit einem ^lolibrünenstr.uil von einer iilektronenstrahlquelle abgetastet wird, um so ein erstes Ausgangssignal zu erhalten, das dem Teil dec .Ladungsbildes oberhalb dieses „ertes entspricht, und gleichzeitig diesen Teil des .ladungsbildes lüscht, daß dieses Ausgangssignal gespeichert wird, daß dann die Abtastung uer Speicherschirraoberflüche mit fortlaufend stufenweise niedrigeren rotenticlen der Jlektronenstrahlquelle wiederholt wird., wobei jedoch nur jedes zweite Ausgangssignal gespeichert wird, und daß die gespeicherten "nerte in der gegebenen örtlichen Verteilung einander überlagert vrerden, so daß sich eine Bilddarstellung ergibt, die einzelnen Intensitatsstufen der Jtrahlungsverteilung mit zviischenliegend.cn Intensitätslücken entspricht.

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