DE2345763A1

DE2345763A1 - Zonenplattenabbildungssystem

Info

Publication number: DE2345763A1
Application number: DE19732345763
Authority: DE
Inventors: Harrison Hooker Barrett; Gordon Dean Demeester; David Thompson Wilson
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1972-09-15
Filing date: 1973-09-11
Publication date: 1974-03-21
Also published as: CA999765A; US3831031A; GB1417760A; IT990185B; JPS4969384A

Description

PATENTANWÄLTE DR.»PHIL. C. NICKEL · DR-JNG. J, DORNER ο O ( CTCO.

β MÖNCHEN 15 £0+0/00

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. (OeiU 55 5719

München, den Jl. August 1973 Anwaltsaktehz.: 27 - Pat. 63

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, MA 02173» Vereinigte Staaten von Amerika

Zonenplattenabbildungssystem

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung des Ortes und Zustandes von Strukturen und/oder Organen im. lebenden Körper mittels schneller Partikel, die aus Bereichen des Körpers austreten; welche radioaktive Verbindungen selektiv aufgenommen haben« Dieses Untersuchungsverfahren bedeutet 'für den Körper eine unter Umständen gefährliche Strahlungsbelastung. Daher ist eine Einrichtung, welche die erforderliche Strahlendosis zur Erzeugung eines Bildes der Struktur oder des Organes ausreichender Genauigkeit und Helligkeit, um eine genaue Diagnose des Zustande und Ortes der Struktur oder des Organs durchführen zu können, vermindert,.von-besonderer Wichtigkeit. Die Genauigkeit ist auch eine Punktion der Zeit, während der der Körper praktisch in einer Ruhelage gehalten werden kann, weil eine Bewegung des Körpers eine wesentliche Verminderung der Genauigkeit des rekorstruierten Bildes bedeutet.

Außerdem kann, wenn der Informationsgehalt der Ilochenergiestrahlung in räumlich codierter Form aufgezeichnet wird, eine Überlappung der Informationen, die von verschiedenen Punkten des Organs stammen, das die'Hochenergiestrahlung liefert,

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einen Verlust an Signalamplitude und/oder Verzerrungen oder Überdeckungen zwischen unterschiedlichen Punkten der Strahlungsquelle· mit sich bringen, was eine Verminderung der aufgezeichneten Information für eine vorgegebene Beiichtungszeit des Aufzeichnungsträgers bedeutet.

Aufgabe der Erfindung ist es allgemein, bei einem Zonenplattenabbildungssys'teia die, Bildqualität und Auflösung· gegenüber bekannten Systemen bei geringer Belichtungszeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei Zonenplattenabbildungssystemen erfindungsgemäß gelöst durch Einrichtungen zur räumlichen Modulaiion einer im wesentlichen nicht phasenkohärenten Strahlung als Punktion eines räumlichen Codemuaters, ferner durch eine ' Einrichtung, in der aus dem erzeugten, codierten Stra.hlungs- : muster ein räumlich verteiltes Muste'r in einem Medium er-ι zeugt wird, in dem die Brechung hindurchtr.etender Strahlen ' räumlich als Funktion des codierten Strahlungsmus.ters variiert

und duroh Einrichtungen zur Bilderzeugung- aus dem Informa.-j tionsgehalt des in dem Medium erzeugten Musters-.

Außerdem wird durch die Erfindung ein entsprechendes Abbildungsverfahren geschaffen, welches ermöglicht,„die vorstehend angegebenen Ziele zu erreichen.

Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche zur Vereinfachung der Beschreibung hiermit ausdrücklich hingewiesen wird.

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Gemäß der Erfindung wird also ein räumlich codiertes Muster der · Strahlung, die von einer Hochenergiequelle kommt, aufgezeichnet, Hierbei können Signale von benachbarten Bereichen einer radioaktiven Quelle am gleichen Ort des Aufzeichnungsträgers aufgezeichnet werden, wobei jedoch der Verlust an Signalintensität und/oder Genauigkeit zwischen benachbarten Signalen minimal ist. Speziell kann der Aufzeichnungsträger ein Film sein, der hinter oder zwischen Materia^.st!hichten angebracht ist, die Kernenergie- -Partikel in Licht umsetzen, das dann den Film belichtet. Vor-* zugsweise wird die Dicke und/oder werden andere Parameter des , Aulzeiehnungsiilms so gewählt, daß eine Vielzahl von Lichtszintillationen, die von einer Vielzahl von¹'Hochenergieteilchen erzeugt werden, nötig ist, um eine Stelle der Filmschicht vollständig zu belichten. Auf diese Weise werden Bereits überlappender Signale auf der Filmschicht durch unterschiedliche Belichtung repräsentiert. Infolgedessen ist bei diesen mittels , Zonenplatten räumlich ,codierten holographischen Mustern die . Anzahl der von der Strahlungsquelle stammenden Hochenergieteilchen, die zur Auswertung gelangen, mehrere Größenordnungen größer als die Anzahl der ausgewerteten Partikel bei zur Zeit verfügbaren Geräten, wie der bekannten Angerkamera, bei welcher das Bild aus Partikeln oder Strahlungsquanten erzeugt wird, die einen Kollimator oder eine Lochblende aus Blei durchdringen, wobei nur ein kleiner Teil der Hochenergieteilchen zur Auswertung gelangt.

Diese Erfindung zeigt ferner, daß durch Aufzeichnung der Information in holographischer Form störende Strahlungsquellen aus dem Hintergrund oder andere Störungin beim Rekonstruktionsprozeß zum Verschwinden gebracht werden können, was zu einer wesentlichen Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses fuhrt. Speziell kann durch die Verwendung einer Zonenplatte, bei der für das Energieniveau der abzubildenden Strahlung undurchlässige Zonen mit Zonen abwechseln, die für dieses Energieniveau in wesentlichen durchlässig sind, die Strahlung des gewünschten Energieniveaus codiert werden. Durch die Wahl des Materials

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und die Wahl der Dicke der dazwischenliegenden Bereiche können Energieniveaus, die unterhalb des gewünschten Energieniveaus liegen, durch die Zonenplatte absorbiert werden und Energieniveaus, die oberhalb der gewünschten Energie des gewünschten Energieniveaus liegen und von anderen Körperteilen oder von außerhalb des Körpers kommen, können alle Bereiche der Zonenplatte durchdringen, wobei sie sich dann bei der weiteren Verarbeitung des Bildes i.m.wesentlichen auslöschen.

Da irgendwelche hocheriergetischen Teilchen, die durch Comptonstreuung im Bereich zwischen der Zonenplatte und dem Ort der Aulzeichnung entstehen können, sich ebenfalls im wesentlichen bei der weiteren Verarbeitung des Bildes auslöschen (sie s'ind durch die Zonenplatte nicht räumlich codiert), wird die Bildschärfe weiter verbessert. .

Die Erfindung zeigt weiterhin, daß eine wirksame Bilderzeugung erreicht werden kann, indem das Amplitudenhologramm, das auf einem Film festgehalten ist, in ein Ph'asenhologramm umgewandelt wird, in dein das Amplitudenmuster eines Films so behandelt wird, daß Bereiche schwankender Durchlässigkeit in durchlässige Bereiche verwandelt werden, die sich jedoch durch unterschiedlicae Dicke und/oder unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des durch sie hindurchdringenden Lichts unterscheiden,wodurch erreicht wird, daß durchdringende Lichtstrahlen unterschiedlich gebrochen werden. Da ein derartiges holographisches Muster nun im wesentlichen durchlässig ist, werden alle sich überlappenden Abstufungen der Duchlässigkeit, die dadurch entstanden sind, daß eine unterschiedliche Anzahl von Szintillationen unterschiedliche -Bereiche des Ursprung liehen _t«F j Ims getroffen hat, in unterschiedliche Brechnungsgrade umgesetzt, wodurch der gesamte Signalinhalt, der ursprünglich von üin Lichtszintillationen abhängig von den Ilochenergieteilchen erzeugt wurde, für den Bildrekonstruktionsprozeß zur Verfugung steht. Hieraus resultierend ist es für einige Anwendungen nicht nötig, die Lichtszintillationen zusätzlich zu verstärken, bevor sie auf dem Film aufgezeichnet werden.

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Die Erfindung bietet weiterhin die Möglichkeit, Verz&rrmiger: Lei Rekonstruktion des Bildes, die darauf beruhen, daß der Abstariü der Interferenzsxreiien verglichen mit der Wellenlänge des zur Wiederherstellung des Bildes verwendeten Lichtes groß ist, zu vermindern. Im einzelnen können bei einer Ringzonenplatte beträchtliche Flächen zwischen den Iiingen nicht wirkungsvoll zur Rekonstruktion des Bildes beitragen, da der Abstand der Ringe einer praktisch herstellbaren Zonenplatte, die aus eineia exzentrischen Abschnitt eines Fresnel-Zonenmusters besteht, verglichen mit der Wellenlänge gebräuchlicher verfügbarer Laserlichtquellen groß ist. Nun kann jedoch, wie die Erfindung zeigt, durch Verkleinerung des aufgezeichneten Hologramms der Abstand der Interferenzstreifen so weit verkleinert werden, daß derartige Verzerrungen nahezu verschwinden. Zusätzlich wächst das Brechungsvermögen des Phasenhologramas beträchtlich an, wodurch die Helligkeit und/oder.Deutlichkeit des anschließend gewonnenen Bildes wächst.

Die Erfindung zeigt weiter, daß das System cjurch die Verwendung einer halbdurchlässigen Scheibe verbessert werden kann, die vorzugsweise in enger Nachbarschaft des abaudildenden Objektes angebracht wird und aus einer Vielzahl ven Lamellen besteht, die für die von dem menschlichen Organ stammenden Partikel abwechselnd durchlässig und undurchlässig sind, wobei der Abstand so gewählt wird, daß auf das Aufzeichnungsmedium ein Muster projiziert wird, das innerhalb des räumlichenfRequenzbereiches liegt, den das Gerät erkennen und speichern kann. (Räumliche Frequenz bedeutet hier Liniendichte). Im einzelnen wird der Abstand so gewählt, daß große Flächen des Objekts so unterteilt werden, daß hieraus eine Vielzahl kleinerer Strahlungsquelle!! entsteht. Da zwischen der haibdurchlässigen Scheibe und der Zonenplatte ein Abstand besieht, ergibt sich eine Modulation des Musters der halbdurchlässigen Scheibe mit dem Muster der Zonenplatte, so daß der räumliche Co'd.ö der Zonenplatte als Modulationsseitenband der eier halbdurchlässigen Scheibe zugeordneten räumlichen Trägerfrequenz erscheint.

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Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jeder gewünschte Belichtungsgrad durch Wahl der Filiudicke und/oder der Dickt der Anordnung, in welcher Ilocherner'gicpartikel Lichtszintil LaLi onen erzeugen, gewählt werden kann. Zusätzlich kann eine Anordnung zur Lichtverstärkung zwischen dem Szintillationskristall, welcher die Hochenergieteilchen in Szintillationen umsetzt, und Jeu Aufzeichnungsfilm vorgesehen sein. In diesem Fall kann eine Scellc des Auf zeichnungsfi lines, im weseiitlichen von einer einzigen Lichtszintillation vollständig belichtet werden. Andererseits kann z. B. nur ein minimaler Teil z. B. 1 ^c/o der gesamten zulässigen Belichtung einer Filnstelle von einer Scintillation verursacht werden. Die Belichtung kann durch Verändern der Verstärkung des Lichtverstärkersystems eingestellt vertien. Läc Erfindung zeigt auf, daß in der Praxis der Szintillationskristall und/oder die Einrichtung zur Lichtverstärkung aus einer Vielzahl von Einzelelementen gebrauchlicher Größe zusammcngesetzt werden können, wobei die Einzelelemente so zusammengefügt werdfen, daß sie eine große Matrix bilden. Der Einfluß der Kanten dieser Elemente kann verringert werden, inde.m man die Elemente im wesentlichen geradlinig aufbaut, so daß die Projektionen der .Kanten aui dem Aufzeichnungsf ilm ^im wesentlichen" symmetrische Winkel bilden. Vorzugsweise sind dies Winkel in der Größenordnung von k5 , wodueh derartige Kanteneffekte verschwinden und nicht in dem nachfolgend erzeugten Bild erscheinen.

Weitere wesentliche Eigenschaften und Vorteile sind in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung aufgezeigt. Zweckmäßige Ausgestaltungen bilden Gegenstand der anliegenden Patentansprüche.

Es zeigen: ■ . · - -

Figur 1 eine scheraatische Darstellung eines Abbildungssystems, wobei ein Bild als räuulica codiertes Amplitudenmuster auf einem Film aufgezeichnet wird. Dieses wird dann als verkleinertes Negativ auf einem andere;. Film aufgezeicnnet, der sodann gab^eieiii wird, uin das A:EplitudenholograL"C; in fiii Phasenholc2^ra:r"^l: umzuwandeln, lvoraua LiJJ^r

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des Objektes erzeugt werden Können,

Figur 2 eine Modifikation des in Figur 1 gezeigten

Systems, wobei Lichtszintillationen, die von · den hochenergetischen Teilchen erzeugt werden, vor ihrer Aufzeichnung verstärkt werden,

Figur 3 eine Schnittzeichnung der halbdurchlässigen Maske.von den Figuren i und 2 längs der Linie. 3-3 dieser Figuren,

Figur k eine Schnittzeichnung der Anordnung nach Figur 1 oder 2 längs der Linie k-k dieser Figuren^ur Darstellung der räumlich c'odierenden Zonenplatte und

' Fig^ur 5 eine Schnittzeichnung der Anordnung von Figur längs der Linie·5-5 zur Darstellung der Lichtverstärkermatrix.

In Figur 1 ist eine Strahlungsquelle 20 zu erkennen, hier bei spielsweise eine menschliche Schilddrüse, die durchverabreichen eines der wohlbekannten radioaktiven Pharmazeutika'radioaktiv geworden ist. Bekanntlich hat .die Schilddrüse eine besondere Aufnahmefähigkeit für derartige radioaktive Pharmazeutika. Es soll hier nochmals klargestellt* werden,, daß jede beliebige . Strahlungsquelle verwendet werden kann und daß dies eine beliebige Quell« für räumlich kohärente und/oder zeitlich kohärente Wellen sein kann. Da jedoch die Erfindung nicht auf räumliche und/oder zeitliche Kohärenz angewiesen ist, erweist sie sich in solchen Fällen, wo die räumliche Kohärenz der Strahlung gering oder nicht existent ist, als besonders nützlich.

Räumliche Kohärenz bedeutet Hier, daß die Wellenamplitude in räumlich getrennten Punkten eine konstante Phasenbeziehung aufweist. Im Gegensatz-dazu hat inkohärente Strahlung, wie z. B. inkohärentes Licht, im wesentlichen keine erkennbare Phasenbeziehung zwischen räumli-ch getrennten Punkten. Da die Erfindung grundsätzlich nicht aui zeitlicher Phasenkohärenz aufbaut-, kann Strahlung hoher Energie z. B. Röntgenstrahlen oder Strahlung in Form von atomaren Teilchen, abgtbiidet werden, obwohl ihre :ceit-

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liehe Kohärenz extrem kurz ist, da die Strahlung eines Photons oder Energieteilchens im wesentlichen keine Phasenkohärenz zu anderen Partikeln oder Anteilen der Strahlung besitzt.

Kohärenzzeit bedeutet hier die Zeit,.die verstreicht, bis ein Wellenpaket einschließlich des Ilauptteils der zugehörigen elektrischen und/oder magnetischen Felder einen festen Punkt passiert hat. Andererseits kann die.Wellenzugkohärenzlänge als eine

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Strecke in Ausbreitungsrichtung definiert \verden, innerhalb der eine Phasenkohärenz zwischen Teilen der Welle festgestellt werd.en kann.

In der Nähe der Strahlungsquelle 20 befindet sich eine räumlich periodisch Strahlen absorbierende Anordnung 22, die, wie in Figur 3 genauer dargestellt, aus einer Vielzahl paralleler Streifen 2k aus strahlenundurchlässigem Material besteht, die durch Zwischenräume getrennt sind, die ebenso breit sind wie die Streifen. Da, wie hier gezeigt ist, die gesamte durchlässige Fläche der Maske 22 annähernd gleich groß ist, wie die gesamte undurchlässige Fläche der Maske, kann diese als halbdurchlässige Scheibe bezeichnet werden« Das Material der Streifen 2k ist so ausgewählt, daß die von der Quelle 20 kommende Strahlung absorbiert wird, wenn sie die Maske 22 trifft, während die Strahlungsanteile, die auf die Zwischenräume 26 zwischen den Streifen 2k treffen, durchgelassen werden. Das resultierende Strahlungsmuster auf der der Strahlungsquelle 20 gegenüberliegenden Seite der Maske 22 ist dann ein räumlich codiertes Muster, entsprechend einer im wesentlichen periodischen Wellenform codiert, deren Intensität direkt hinter der Maske 22 zwischen Null und im wesentlichen der durchschnittlichen Helligkeit der Quelle 20, die sich vor der Maske 22 befindet, schwankt. Die Maske 22 kann in verschiedenen Abständen von der Quelle 20 angebz-acht werden, vorzugsweise wird sie jedoch so nahe wie möglich bei der Quelle 20 angebracht. Für die vorliegende Untersuchung sei angenommen, daß die Maske 22 direkt auf der Quelle 20 gelegen ist.

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Zur Vereinfachung wird die periodische Maske 22 künftig als . 'halbdurchlässige Scheibe bezeichnet, da sie annähernd die Hälfte der auftreffenden Energie durchläßt und die andere Hälfte der '■. von der Schilddrüse 20 auf treffenden Energie absorbiert. Die ' halbdurchlässige Scheibe 22 kann hergestellt werden, indem man z. B. eine Aluminiumplatte mit einer Bleischicht versieht und sodann Teile des Bleis wieder abträgt, um eine halbdurchlässige Bleischeibe zu gewinnen; denn eine auf das Aluminium auftreffen-

■ 'de Gammastrahlung wird im wesentlichen durchgelassen,. Die Dicke der Bleischicht und der Trägerplatte können nach Belieben gewählt werden und den jeweils»gewünschten Abstand.haben und sind

. gewöhnlich abhängig von dem radioaktiven isotop, das eingesetzt wird. Venn ζ. B. die Schilddrüse ein Millicurie von radioaktivem Technetium oder radioaktivem Jod aufgenommen hat, kann eine

■ gute Bildauflösung mit Streifenbreiten und Abständen von wenigen Millimetern erreicht werd-en, wobei die Genauigkeit zum Teil von der Belichtungszeit abhängt, wobei die Aufnahmezeit vorzugsweise im Bereich zwischen einer und zwanzig Minuten liegt und 10 b"is 10 Einze!impulse registriert werden, abhängig von,-der Größe des Films und der Belichtungsdauer. '

Da bei der Erfindung die Anzahl der ausgewerteten Impulse um einige Größenordnungen größ'er ist als die Anzahl der Impulse,

. die bei dem absorbierenden. System mit Lochblende oder Kollimator ausgewertet werden, können größere Genauigkeit und Auflösung

, erreicht werde.n.

Die halbdurchlässige Scheibe 22 ist in einem Gehäuse 30 untergebracht, das das Element 22 in einem festgelegten Abstand Sl von einer Platte 32 zur räumlichen Codierung' 2 hält, die ähnlich ausgebildet ist wie die halbdurchlässige Scheibe 22 und ein Muster aufweist, das ein exzentrischer Abschnitt einer Fresnel-Zonenplatte ist, wie in Figur k gezeigt ist. Allgemein sind die Muster der Masken 22 und 32 nur Beispiele. Es lassen sich vielerlei Muster verwenden, wobei die hier gezeigten Muster jedoch nach bisheriger Kenntnis die deutlichste Reproduktion von Bildern ergeben. Während, wie his· dargestellt, die Masken 22 und 32 eben sind, können sie, wenn dies wünschenswert erscheint,

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auch Ausschnitte von Kugeloberflachen oder Zylindoroberflachen oder anderen geometrischen Formen sein. In einiger Entfernung von der zur räumlichen Codierung dienenden Platte 32, die im folgenden Zonenplatte oder Fresnel-Zonenplatte genannt wird, befindet sich ein Detektorsystem '6, welches hier als ebene Anordnung gezeigt ist, das jedoch ggf. auch kugelförmige, zylindrische oder andere geometrische Oberflächenformen haben kann. Das Detektorsystem 36 liegt auf der der halbdurchlässigen Scheibe 22 gegenüberliegenderrSeit'e der Zonenplatte 32 in einem mittleren Abstand S2 von der Zonenplatte. Wie hier nur beispielsweise gezeigt ist, enthält das Detektorsystem 36 eine Filmschicht 38, die sich zwischen zwei dünnen Schichten 40 aus Kristallmaterial befindet, das aus Caesiumjodid oder Kaiziumwolframat besteht, welches Lichtszintillationen erzeugt, wenn es von Gammastrahlung getroffen wird. Als Unterlage dient eine Platte 42 vorzugsweise aus lichtreflektierendem Metall, welche die Kristallschichten 40 und den dazwischenliegenden Film 3S trägt. Die Vorderfläche des Kristalls 4° kann auf der der Trägerplatte 42 gegenüberliegenden Seite des Films 38 ebenfalls mit einer dünnen Schicht von lichtreflektierendem Material beschichtet sein, wie ζ B. Aluminium oder Silber und, wenn dies wünschenswert erscheint,- kann der aus der Platte 4-2, dem Film 38 und den Kristallschichten 40 bestehende Teil der Anordnung zu einer einzigen Packung oder Kassette zusammengefaßt werden.

Im Betrieb durchdringen von der Schilddrüse kommende Gammastrahlen die Scheiben 22 und 32 und den Kristall 40. Einige Gammastrahlen erzeugen Lichtszintillationen in der einen oder anderen Kristallschicht 40, deren Helligkeit ausreicht, um die Flächenelemente des Films teilweise zu belichten, die in der Xähe des Kristallbereichs liegen, in dein die Lichtszintillation stattfindet. Vorzugsweise v/erden die Kriscallschichten 40 nüywenige Millimeter dick gemacht, so daß die Genauigkeit und Auflösung des auf dem Film 36 auf gezeichne t-eri Musters im Millimeterbereich liegt.

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Während sich der Film 38 in einer Kassette befinden kann, ist er hier, zur besseren Illustration der zugehörigen Verfahrensschritte als Teil eines Rollfilms hk dargestellt, der zwischen

hindure.hden Kristallschichten 40/gezogen wird. KaCh der Belichtung wird der Film -38 nach gebräuchlichen Methoden entwickelt, indem man ihn durch ein Entwicklungsbad hb laufen läßt. Der jeweils gewünschte Entwicklungsgrad kann eingestellt werden. Vorzugsweise wird jedoch der Film so entwickelt, daß maximaler Kontrast zwischen hellen und dunklon Flachen besteht. Der Film 38 wird dann in ein Verlüeinerungsgerät kS gebracht, das eine: gebräuchliche Anordnung sein kann, in der eine Lichtquelle 50 hinter einer Mattscheibe 52 angeordnet ist. Das Licht durchdringt den Film und wird mittels einer Linse 5k, die auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Films 38 liegt, auf einen Film 5& fokussiert. Die Brennweite der Linss 5^lt wird so gewählt, daß die hindurchtretenden Lichtstahlen konvergieren und der Schatten des Films 38 in verkleinerter Form auf den Film 58 projiziert wird, um den Film 5& zu belichten und hiermit ein Negativ deg Musters, das auf dem Film 38 entwickelt wurde, in verkleinerter Form auf dem Film 58 zu 'reproduzieren.

Gemäß der Erfindung ist das Muster auf dem Film 5S so stark verkleinert, daß in dem projizierten Muster die Linienabstände der halbdurchlässigen Scheibe 22 genügend eng sind, daß ein hindurchtretender Strahl sichtbaren Lichts in beträchtlichem Maß gebrochen wird. Es hst sich gezeigt, daß dies eine wensetliche Verbesserung bei der Wiederherstellung des Bildes mit sich bringt und zwar sowohl bezüglich BiIdVerzerrungen als auch bezüglich Deutlichkeit, Auflösung und Helligkeit des Bildes.

Der Film 58 kann, wenn dies wünschenswert erscheint, auch in Kassettenform verwendet werden, er ist jedoch hier als Rollfilm dargestellt, um die aufeinanderfolgenden Schritte gleichzeitig zu zeigen. Der Film 5& durchläuft eine Anordnung 60, in der or entwickelt und gebleicht wird. Der Film 58 kann bekannter Art sein und wird so entwickelt, daß im wesentlichen gleicher oder 'auch größerer Kontrast im Vergleich zu dem ursprünglich entwickelten Film 3b entstein.. Er wird dann mit irgend einem

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gebräuchlichen Filmbleichmittel gebleicht, so daß all'e lichtabsorbierenden Bereiche so verändert werden, daß sie eine Dicke und/oder einen Brechnungsindex erhalten, der sich von den anderen Bereichen des Films unterscheidet. Gemäß der Erfindung wird das Bleichen, abgesehen davon, daß die Lichtübertragung hierdurch vergrößert wird, als TeiL des Umwandlungsprozeßes von einem Schwarz-Weiß-Muster, das durch nichtkohärente Strahlung erzeugt wurde, zu einer brechenden Linse verwendet, die zur Bildreprod.uktion mit kohärentere "Licht", geeignet · ist, wobei durch die Verkleinerung "des Bildes die Empfindlichkeit steigt und die ' Sohärfe des reproduzierten Bildes zunimmt.

In einem mit kohärentem Licht arbeitenden 'Reproduktionsgerät 62 wird sodann der Film 56 zur Wiederherstellung des Bildes der Schilddrüse 20 verwendet. Das Gerät 62 kann von beliebiger Art sein und enthält, wie die Abbildung zeigt, eine Quelle kohärenten Lichtes 64, z. B. einen Heliura-Neon-Laser, dessen Licht mittels einer Linse 66 durch eine Lochblende 68 fokussiert wird, wodurch höhere räumliche Moden der Laserstrahlung beseitigt werden. Das durch die Blende 68 projizierte Licht durchläuft eine Sammellinse 70 und dann den entwickelten und gebleichten Film 58*, der das Licht so bricht, daß der Informations inhalt des Bildes gegenüber der Mittellinie des Systems aus Blende und Linse 70 um eine Strecke rc verschoben wird, so daß es durch ein Loch mit dem Durchmesser d in einer Blende 72 gelangen kann, und als rekonstruiertes Bild in einer Bildebene auf einem Wiedergabesystem, z. B. einer Mattscheibe 74, erscheint. Die Entfernung der Scheibe Ik vom FiIm58 kann verändert werden, wodurch aus dem Muster, das auf dem Film 38 aufgezeichnet wurde, unterschiedliche Schnitte entstehen, die unterschiedlichen Entfernungen der radioaktiven Schilddrüse 20 vom Detektor- und Aufzeichnungssystem 36 entsprechen. Die Verschiebung rc und die Apertur d der Blende 72 sind eine Funktion des Durchmessers des Zonenplattenmusters von Figur h und tine Funktion der Strecke, um die das Zentrum des Zonenplattenmusters von Figur Ί gegenüber dem Zentrum des Fresnel-Zonenmusters verschoben ist. Vi,au z. B. der Durchmesser der Zonenplatte gleich der Verschiebung

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des Zentrums der Zonenplatte gegenüber dem Presnel-Zonenmuster ist, iät die Apertur d in der Blende 72 gleich der Verschiebung rc aus dem Zentrum des Systems. Wie die Abbildung zeigt, befindet sich die Blende 72 in der Ebene, in welcher das die Blende 6b durchdringende Licht von der Linse 70 fokussiert würde, wenn der ■Film 58 nicht vorhanden wäre. Es soll hier erwähnt werden, daß der Film 58 nur geringfügige Effekte erzeugt, weshalb die Blende 72 so justiert werden /sollte^ daß das Ergebnis eptimal wird.

Da"s auf der Scheibe 7^ erzeugte Bild kann direkt betrachtet werden und/oder es· können mehrere Bilder mittels einer Kamera bei unterschiedlichen Lagen der Scheibe lk< aufgenommen werden. Andererseits kann eine Fernsehaufnahmekamera· verwendet werden, um das wiederhergestellte Bild zu betrachten und/oder die Bilder in einen Datenspeicher einzuspeichern, woraus, wenn gewünscht, gleichzeitig dreidimensionale Ansichten des Objektes 20 gewonnen werden können. Bei dem vorliegendem System kann eine spontane Li-chtszintillatioh im Kristall 40 eine Stelle des Films nicht vollständig belichten. So werden einander überlappende Muster, die von benachbarten punktförmigen Strahlungsquellen stammen, im wesentlichen alle mit^optimaler Intensität aufgezeichnet und"es kommt sehr selten vor, daß einzelne Stellen des Films völlig belichtet sind, was zur Folge hätte, daß zusätzliche Lichtszintillationen, die nach einer "solchen vollständigen Belichtung auftreten würden, nicht registriert würden. Es ist möglich, den Film so dick zu wählen, daß eine- vollständige Aufzeichnung ohne Sättigomgserscheinung stattfinden kann, da die stärker belichteten Stellen beim Verkleinerungsprozeß durchsichtig werden. Es sei, "festgehalten, daß die Teile, welche noch durchlässig sind, daß meiste Licht durchlassen, xv'as eine" stärkere Schwärzung des Films 58 mit sich bringt, so daß .der verkleinerte Film 58 ein Negativ des Originalfilms 3β ist. Dies verursacht jedoch keine Verminderung der Bildhelligkeit, da alle undurchsichtigen. Stellen gebleicht werden und im Gesaiutresultat im Durchschnitt eine kleine Vergrößerung des Brechungävermögei s des Films' eintritt. Xach den bisherigen Erörterungen ist'ersichtlich, daß infolge der wesentlichen Signalversxärkung,

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die durch das Verkleinern des Films und das Bleichen erreicht wird, dieses System ohne eine der Aufzeichnung vorausgehende Lichtverstärkung verwendet werden kann, wobei dann die Genauigkeit des Bildes primär aus der Gesamtzahl der aufgezeichneten Szintillationen r'esultiert, was wiederum eine Funktion, der Belichtungszeit des Aufnahmesystems ist. Zusätzlich können wegen der im Vergleich zu den früheren Loch- oder Kollitnatorkaweras großen Zahl verfügbarer Szintillationen verhältnismäßig dünne Szintillatorkristalle 40 eingesetzt werden, was eine Erkeimungsgenauigkeit bewirkt, die wesentlich größer ist,als dies irühor möglich war. Als Resultat können die Feinstruktur der halbdurchlässigen Scheibe und die dünnste Linie der Zonenplatte so fein gewählt werden, wie sie sich in der Praxis herstellen lassen, wobei immer noch Muster auf die Auswertungsfläche geworfen werden, die innerhalb des räumlichen Frequenzbereiches liegen, in dem das Auswertesysteui arbeitet. So kann aus einer inkohärenten Strahlungsquelle das Schwarz-Weiß-IIologramm eines Objektes mit hoher Genauigkeit gewonnen werdexi, woraus dann mittels kohärenten Lichtes das Bild wiedergewonnen werden kann.

In Figur 2'ist ein gegenüber Figur 1 abgewandeltes Kamerasystem gezeigt, wobei jedoch das Gehäuse 50, die halbdurchlässige Scheibe 22 und die Zonenplatte 3.2 identisch mit den entsprechen den Bauteilen nach Figur 1 sind. Die Detektor- und Auswerteeinrichtung 36 jedoch beinhaltet hier einen Lichtverstärker, der folgendermaßen aufgebaut ist: Es wird eine Vielzahl von Zellen 80 mit Glaswänden 82 verwendet. Die Zellen 80 haben vorzugsweise quadratische Form und sind so aneinandergesetzt, daß sie das.in Figur 5 gezeigte Matrixmruster bilden. Jede.· der Zellen öö ist vorzugsweise als Bildverstärker aufgebaut, in dem der Raum zwischen den ebenen Oberflächen der Wände 62 evakuiert ist. Auf einer der inneren Oberflächen befindet sich im evakuierten Raum eine fluoreszierende Schicht fcA und auf der gegenüberliegenden Oberfläche befindet sich eine Schicht 66 aus Photokathodenmaterial, die vorzugsweise auf einer leitenden Schichc aufgebracht ist, welche mit einer Metallelektrode verbunden ist, die ciurcü die Seitenwand 62 der Zelle ragt. Vorzugsweise überzieht man Auch die der Bestrahlung ausgesetzte fluoreszierende Schicht t-'i

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mit einer dünnen Schicht reflektierenden Materials, z. B. Aluminium, das mit einer Elektrode verbunden ist, die durch die Seitenwand 82 der Zelle ragt. Jede der Zellen 80 hat auf ihrer äußeren Oberfläche zusätzlich eine wenige Millimeter dicke Schicht aus Szintillationsmaterial &8, z. B.aus Caesiumjodid, während die innere Oberfläche eine Photokathodenschicht 86 sein kann. Wie hier dargestellt ist, sind alle Metallelektroden, die mit den Photokathodenschichten verbunden sind, untereinander verbunden und mittels einer Leitung 66 an den negativen Pol einer Spannungsquelle 90 angeschlossen, während alle Elektroden, die mit der Aluminiumoberfläche verbunden sind, die sich aui den fluoreszierenden Schichten befindet, ebenfalls verbunden sind und über eine geerdete Leitung an den positiven Pol der Spannungsquelle geführt sind. Die ein:'. Inen Zellen sind in einem Halterungsring 92 untergebracht, der als Erdungsring für die Leitungen dient, die durch die Zellenwänc¹' zu den aluminiumbedeckten Flächen führen, wobei diese Zellen z. B. zusammengeklebt sind oder in einer leitenden Halterung mit vielen Kontakten" untergebracht sind oder auf andere Veise zusammengefügt sind. Auf der den Kristallen 88 gegenüberliegenden Seite der Zellen 80 befindet sich ein Film 38, der dem in Figur i gezeichneten .Film 38 entspricht und von einer Trägerplatte aus Glas gehalten ist* die eine reflektierende Oberfläche 96 besitzt, so daß das gesamte Licht, welches von den fluoreszierenden Schichten erzeugt wird, einmal oder a_#uch mehrere Male durch den Film geschickt wird, um diesen zu belichten. Während;des Betriebes wird die Spannungsquelle 90 so eingestellt, daß eine Lichtszintillation, welche durch einen auf dem Kristall 86 treffenden Garamastrahl entsteht, zur Fo]ge hat, daß Elektronen, die von der-Oberfläche 36 emittiert werden, in Richtung auf die fluoreszierende Scheibe 84 beschleunigt werden, wobei ihre Geschwindigkeit ausreicht, um mehr Licht zu erzeugen als vom Kristall SS erzeugt wird. Die erzeugte Lichtmenge ist eine Funktion der Spannung. Durch Vergrößern der Spannung kann jede wünschenswerte Liciitmenge erzeugt werden. Vorzugsweise wird in der Praxis eine Spannung im Bereich zwischen 100 und 10000 Volt verwendet. Zusätzlich kann einer allgemein bekannten Methode entsprechend ein magnetisches Feld

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- ■ Λ ■ ■ - ■ ■

mittels einer Spule erzeugt werden, die außerhalb des Gehäuses 30 um die Zellenanordnung gewickelt ist. Dieses Magnetfeld liegt parallel zur Bewegungsrichtung der Elektronen von der Schicht zur Schicht 8k. Außerdem kann jede wünschenswerte Art von Bildverstärkerzellen Verwendung finden.

Entsprechend der.Erfindung werden die einzelnen Zellen so'angeordnet, daß ihre Wände einen Winkel von im wesentlichen 45 ζ" dem Muster bilden, das, yon- der halbdurchlässigen Scheibe 22 auf die Kristalle 88 projiziert wird, wodurch eine gleichmäßige Bildverstärkung großer Flächen erreicht werden kann Als Resultat verschwindet bei dem entsprechend dem System nach Figur 1 ausgeführten Reproduktionsvorgang das Kantenmuster der Zellen. Auf diese Weise kann praktisch das Bild des Musters ohne räum- ' liehe Störung, wie sie bei normalen, das Bild verschlechternden · Bildverstärkerröhren auftritt, verstärkt werden. Zusätzlich ist von Vorteil, daß Schwankungen in der Bildverstärkung, die auf Produktionstoleranzen zwischen benachbarten Zellen beruhen, sich automatisch in dem rekonstruierten Bild auslöschen. So ist es nicht nötig, jede Zelle mit einer eigenen individuellen Spannungsversorgung.zu verbinden. Da die Zellenwände so ausgerichtet sind, daß si'e Muster erzeugen, löschen sich die Muster, welche von den sich kreuzenden Kanten benachbarter Kristalle erzeugt werden, ebenfalls in dem rekonstruierten Bild aus, selbst wenn jede" Zelle ihren eigenen Szintillationskristall U8 besitzt. Während bei dem hier vorgestellten System für viele Anwendungsfällec Lichtverstärkung vor der Aufzeichnung nicht erforderlich

ist, kann es bei anderen Anwendungsfällen vorkommen, d.aß,radioaktive Verbindungen Verwendung■finden sollen, die ein Energieniveau haben, auf das die Empfangseinrichtung nicht optimal anspricht» Hier wird dann in manchen Fällen zusätzliche Lichtverstärkung vor der Aufzeichnung nötig, um ein Optimum an Genauigkeit und Auflösungsvermögen des reproduzierten Bildes zu erzreichen. Auch bei Anvendungsfallen, in denen die Belichtungszeit dee Aufnahmegerätes möglichst kurz sein soll, weil es schwierig ist, das radioaktive Organ, welches abgebildet werden soll, in bezug auf das Aufnahmegerät regungslos zu halten, wie z. B. bei der Lunge, die sich durch die Atemtätigkeit bewegt, erscheint

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es wünschenswert, die Lichtintensität zur Scintillation zu vermehren, um trotz geringer Anzahl eintreffender Teilchen große Helligkeit zu erreichen. So ist einzusehen, daß gemäß der Eriindung jeder wünschenswerte Belichtungsgrad des Filmes iür jedes Quant hoher Energie, das vom Gerät aufgenommen wir, erreicht werden kann.

Dem Fachmann bietet sich im Rahmen der Erfindung eine Anzahl von Abwandlungs- und Änderungsraöglichkeiten,. Beispielsweise kann die in dem System entstehende Längenverzerrung, die durch die Verkleinerung des Films vermindert wird, auch durch die Verwendung anderer Korrekturmittel, wie z. B. durch speziell aufgebaute Korre.kturlinsen erreicht werden. Eine Vielzahl anderer Muster zur räumlichen Codierung, die von den Fresnel-Zonenmustern abweicht, kann verwendet werden, speziell wenn die Rekonstruktion durch einen Rechner durchgeführt wird, der geeignete Transformationsprogramme verwendet. Außerdem können die hier angegebenen, grundsätzlichen Gedanken in Systemen zur Erkennung beliebiger Formen von räumlich verteilten Informationsdignalen, die in dem Aufnahmegerät als Hochenergie oder Gammastrahlung, als Röntgenstrahlung, als irgend eines der kohärenten Strahlungsspektren der elektromagnetischen Wellen, oder.als mechanische Schwingungen, z. B. Schall- oder Ultra-, schallwellen in der akustischen Holographie erscheinen, verwendet werden. Es ist auch möglich, die Erfindung dort ,einzusetzen, wo Schattenbilder von Organen erzeugt werden sollen, welche Substanzen enthalten, die von einer Quelle außerhalb des lebenden Organismus ausgehende Gammastrahlung absorbieren. Weiter kann das Verhältnis yon räumlichen Frequenzen und Abständen variiert werden, wobei-jedoch vorzugsweise das Verhältnis der räumlichen Frequenz «der halbdurchlässigen Scheibe zur mittleren räumlichen Frequenz der Zoneriplatte gleich 1 + S^/S2 sein soll, wobei S. und S₂ die in Figur 1 dargestellten Entfernungen zwischen der halbdurchlässigen Scheibe und der Zonenplatte bzw. zwischen der Zonenplatte und dem Detektor sind.

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Claims

Patentansprüche

Zonenplattenabbildungssystem, gekennzeichnet durch Einrichtungen 22, 32 zur räumlichen Modulation einer im wesentlichen nicht phasenkohärenten Strahlung als Funktion eines räumlichen Codemusters, ferner durch Detektoreinrichtung 36 bis 60, in der aus dem erzeugten , codieren Strählungsmuster ein räumlich verteiltes Muster in einem Medium (58) erzeugt wird, in dem die Brechung hindurchtretender Strahlen räumlich als Funktion des genannten Stiahlungsmu3ters variiert und durch Einrichtungen (62) zur Bilderzeugung aus dem Inforaationsgehalt des in dem Medium erzeugten Musters.
2. Abbildungesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oben bezeichnete räumliche Codemuster mindestens einen Teil eines Fresoel-Zonenmüsters (32) beinhaltet. ■ ./
3. Abbildungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Code des räumlichen Codemusters einen exzentrischen Abschnitt eines Fresnel-Zonenmusters (32) enthält, das mit einem räumlichen Muster überlagert ist, das im wesentlichen ein konstantes räumliches periodisches Muster (22) besitzt.
k. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich modulierte Strahlung ein räumlich variierendes Intensitätsmuster aufweist.
5. Abbildungssystem nach einen, der Ansprüche i bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (62) zur Bilderzeugung eine Strahlungsquelle (64) beinhalten, die im wesentlichen phasenkohärentes Licht durch das genannte Medium (58) schickt.
6. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detelctoreinrichtung (36) zur Erzeugung des räumlich verteilten Musters in dem genannten Medium eine

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iMatrize von Detektorelementen (SO, 82, 8k, 86) enhält (Figuren 2 und 5).
7. Abbildungssystem nach Anspruch 2 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion von Teilen der körperlichen Struktur der Detektorelemente (80, S2, 84, 86) in dem ausgewerteten Muster des Mediums mit der Projektion des räumlichen Coderausters spitze Winkel bildet, wodurch wesentliche Aus-Wirkungen der körperlichen Struktur der Detektorelemente auf das zu erzeugende Bild vermindert werden.
8. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (36 bis 70) zur Erzeugung des räumlich verteilten Musters in dem Medium einen photographischen Film (38, 58) enthält.
9. Abbildungssystem nach Anspruch S und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung zur Erzeugung des räumlich verteilten Musters in dem Medium Mittel (80 bis 96) zur Verstärkung von, Signalen enthält, die von einzelnen Quanten der oben erwähnten, räumlich modulierten Strahlung abgeleitet sind.
10. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daO die räumlich modulierte Strahlung Gammastrahlung zumindest enthält, und daß die Detektoreinrichtung Mittel "(40) zur Umwandlung der bezeichneten Strahlung aus einem Spektralbereich hoher Energie zu einem Spaktralbereich berin'gerer Energie, außerdem Mittel zur Verstärkung der umgewandelten Energie, und Einrichtungen zur Aufzeichnung von Signalen, die von dem verstärkten Bildsignal abgeleitet sind, enthält.
11. Abbildungssystem nach einem der Ansjjrüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Verkleinerungsstation (48) und eine nr-chgeschaltete Entwicklungsund Bleichstation (6θ) enthält, in ."welcher Fahigkeitsunter-

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BAD C5RI0fNAU_v,

schiede eines Zwischenträgers in dicke unterschiede oder Unterschiede des Brechungsindex eines das informationshaltige Muster tragenden Mediums (58) umgeformt werden.

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12. Verfahren zur Gewinnung eines"sichtbaren Bildes aus Bildstrahlung hoher Energie, :j.nöbes"ond ere zur Gewinnung eines Bildes eines Organs im lebenden Organismus, wobei dieses Organ eine Substanz hoher Energie entweder imitiert und/oder absorbiert, gekennzeichnet durch eine^ Modulation der Strahlung entsprechend einer räumlichen Codierung,, durch Ausbildung eines räumlich verteilten Musters in einem Medium in Abhängigkeit von dem acodierten Strahlungsmuster, wobei in dem Medium der Brechungsindex und/oder die Dicke des Mediums als Funktion mindestens eines. Teils des genannten Strahlungsmusters variieren und durch, hinlenken im wesentlichen kohärenter Strahlung zu dem Medium zum Zwecke der Bilderzeugung.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

das in dem Medium abhängig von dem räumlich codierten Strahlungsmuster Erzeugte Muster, das zunächst als hell-dunkel-Muster vorliegt, nachfolgend wesentlich verkleinert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,dadurch gekennzeichnet, daß das räumlich codierte Strahlungsmuster so ausgewertet wird, daß die Strahlung hoher Energie, welche von dem abzubildenden Organ kommt und/oder dort teilweise absorbiert wird, von dem hohen Energieniveau in ein niedrigeres Energieniveau umgesetzt wird. '

If.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß, das räumlich codierte Strahlungsmuster zumindest teilweise durch Aufzeichnen der auf ein niedrigeres.Energieniveau umgesetzten Strahlung in einem strahlungsempfindlichen Material festgehalten wird, insbesondere auf einem Film aufgezeichnet wird.
16. Verfahren nach Anspruch lh oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das r-äumlich codierte Strahlungsmuster zumindest teilweise so ausgewertet wird, daß die auf ein niedrigeres Energieniveau

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ti

umgesetzte Strahlung verstärkt wird. ο q Λ C tco
17. Veriahren nach.einem der Ansprüche 12 Ms 16, dadurch ge-Kennzelehnet, daß das räumliche Codemuster ein exzentrischer Ausschnitt eines Fresnel-Zonenmusters ist.
18. Verfahren nach Anspruch i? , dadurch gekennzeichnet, daß das räumliche Coderauster eine Komponente mit im wesentlichen konstanter räumlicher Periodezität enthält.
19. Veriahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch,gekennzeichnet, daß das räumlich codierte Strahlungsmuster zumindest teilweise von einer Matrize aus Detektorelementen aufgenommen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionen βΐτη^μΓβΙΙβΓ Merkmalen oder Konturen der Matrize der Detektorel.emenHe mit der Komponente des räumlichen Codemu&t-ers konstanter räumlicher Periodezität im hell-dunkel-Muster spitze Winkel bilden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelementmatrize räumlich angeordnete Lichtverstärker enthält, wobei das verstärkte Bild im wesentlichen gleiche Größe hat wie das auftreffende, räumlich codieirte Stranlungsmuster. ^v' ·

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