DE2528641A1

DE2528641A1 - Einrichtung bzw. verfahren zur erzeugung einer abbildung eines objektes unter verwendung hochenergetischer elektromagnetischer strahlung oder korpuskelstrahlung als bildstrahlung

Info

Publication number: DE2528641A1
Application number: DE19752528641
Authority: DE
Inventors: Harrison Hooker Barrett; William Weber Stoner; David Thompson Wilson
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1975-06-26
Publication date: 1976-01-15
Also published as: IT1045551B; GB1509685A; CA1056958A; NL7507401A; GB1509686A; US3961191A; FR2276598A1; JPS5129940A

Description

DR.-PHIL. G. NICKcL · DR.-ING. J. DORNER

8 MÖNCHEN 15 LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. (08 11) 55 57 19

München, den 23. -Juni 1975 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 119

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Einrichtung bzw. Verfahren zur Erzeugung einer Abbildung eines Objektes unter Verwendung hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung oder Korpuskelstrahlung als Bildstrahlung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Erzeugung einer Abbildung eines Objektes unter Verwendung von durch Masken modulierbarer, im wesentlichen nicht phasenkohärenter, hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung oder Korpuskelstrahlung, insbesondere der radioaktiven Strahlung, welche von einem aufgrund selektiver Verabreichung eines Radiopharmazeutikums strahlenden, lebenden Organ ausgeht, als BiId strahlung.

In der deutschen Offenlegungsschrift 2 322 612 ist eine Einrichtung zur Erzeugung einer Abbildung eines Objektes beschrieben, bei welcher ein großflächiges Schattenbild unter Verwendung von Kernstrahlung in der Weise hergestellt wird, daß in den Bildinformationen enthaltene Komponenten der Ordnung Null unterdrückt werden, indem ein exzentrischer Ausschnitt einer Fresnel^!sehen Zonenplatte als Kodierungsmaske verwendet wird, während Komponenten der Bildinformationen mit niedriger räumlicher Frequenz dadurch verstärkt werden, daß eine räumliche Trägerfrequenz iiber-

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lagert wird, was durch eine zweite, die Kernstrahlung modulierende Maske erreicht wird. In einem derartigen Abbildungssystem wird die Zählgeschwindigkeit bezüglich der von einem Detektor auf einer räumlich ausgedehnten Aufnahmefläche aufgenommenen Strahlungsquanten ganz beträchtlich gegenüber herkömmlichen Abbildungssystemen erhöht, welche mit Kollimatoren oder mit einer Bildabtastung über eine feine Lochblende arbeiten. Wie jedoch in der erwähnten Offenlegungsschrift ausgeführt ist, begrenzen für Strahlung höherer Energien die verhältnismäßig dicken Szintillatorkristalle die Auflösung oder die obere Ansprechgrenze bezüglich der räumlichen Frequenzen in dem eine räumlich ausgedehnte Aufnahmefläche besitzenden Detektorsystem, wobei die im Handel erhältlichen, eine räumlich ausgedehnte Aufnahmefläche besitzenden Detektor-Verstärkersysteme, wie sie etwa in der Angerkamera eingesetzt werden, eine obere Ansprechgrenze auf die räumlichen Frequenzen besitzen, die unterhalb der räumlichen Frequenzen liegen kann, die durch Überlagerung einer räumlichen Trägerfrequenz erzielt werden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung der eingangs umrissenen Art so auszubilden, daß Komponenten der BiIdinformation mit der räumlichen Frequenz Null teilweise oder vollständig unterdrückt werden können und eine Verstärkung der niedrige räumliche Frequenz besitzenden Bildinformationen erfolgen kann, ohne daß die üetektormittel auf sehr hohe räumliche Frequenzen anzusprechen brauchen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bildstrahlungsverteilung ein räumliches Kodierungsmuster aufprägbar ist, dessen Merkmale veränderbar sind und daß die kodierte ßildstrahlungsverteilung auf der räumlich ausgedehnten Aufnahmefläche eines Detektors aufnehmbar ist, dessen Ausgang in Abhängigkeit von den Veränderungen der Merkmale des Kodierungsmusters modulierbar ist.

Eine teilweise oder im wesentlichen vollständige Unterdrückung

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der Bildinformationskoraponenten rait der räumlichen Frequenz Null kann durch Mittel erreicht werden, durch welche die Phasenlage der räumlichen Kodierung der Strahlungsverteilung verschoben wird.

Dabei können zur Kodierung der Kernstrahlung konzentrische Fresnel 'sehe Kodierungsmuster verwendet werden, welche verhältnismäßig niedrige räumliche Frequenzen aufweisen, so da» das auf die räumlichen Frequenzen ansprechende Detektorsystem nur eine verhältnismäßig niedere obere Ansprechgrenze bezüglich der räumlichen Frequenzen aufzuweisen braucht.

Im einzelnen ist vorgesehen, die räumliche Verteilung einer ein erstes Kodierungsmuster aufweisenden, mit ihrer Lnergie über dein sichtbaren Spektruinshereich gelegenen Strahlung, etwa einer Kernstrahlung, in eine räumliche Strahlungsverteilung umzusetzen, welche bezüglich der Energie vorzugsweise im sichtbaren Spektrumsbereich gelegen ist, wonach die in der im niedrigeren Spektrumsbereich gelegenen Strahlung enthaltene räumliche Kodierung mit einem weiteren räumlichen Kodierungsmuster kombiniert wird, welches mindestens ekie räumliche Frequenz enthält, die größer ist als die höchste räumliche Frequenz des erstgenannten räumlichen Kodierungsmusters, und zwar vorzugsweise größer als das doppelte der höchsten räumlichen Frequenz des erstgenannten räumlichen KodierungsmiBters. Der die Strahlungsverteilung aufnehmende Detektor bzw. Verstärker zur Aufnahme bzw. Verstärkung der in dem höheren Spektrumsbereich gelegenen Bildstrahlung braucht daher lediglich ein Anspreohverhalten bezüglich der räumlichen Frequenzen bzw. eine Auflösung zu besitzen, welche groß genug ist, um die höchste räumliche Frequenz der hochenergetischen Strahlung, beispielsweise der Kernstrahlung, aufzunehmen bzw. durchzulassen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die beiden schließlich miteinander zu kombinierenden Kodierungsrauster für eine bestimmte erste Zeitspanne zur Aufzeichnung ver-

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wendet werden, wonach die räumliche Phasenlage sowohl des Kodierungsmusters für die Strahlungsverteilung im oberen Spektrumsbereich als auch des Kodierungsmusiers für die Strahlungsverteilung im tieferen Spektrumsbereich synchron im wesentlichen um gleiche Phasenwinkel verschoben wird und daß dann eine Aufzeichnung unter Verwendung der kombinierten Kodierungsmuster während einer zweiten Zeitspanne erfolgt, die im wesentlichen genauso groß wie die zuerst genannte Zeitspanne und wobei die Aufzeichnung auf demselben Aufzeichnungsträger durchgeführt wird. Aus den aufgezeichneten Daten kann dann ein Bild rekonstruiert werden, in welchem sich die Fourierkomponenten der Bildinformation der Ordnung Null im wesentlichen auslöschen, wodurch die Bildauflösung verbessert wird und Hintergrundstörungen vermindert werden.

Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird. Einige Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben. Es stellen dar:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Erzeugung einer Abbildung unter Verwendung von zwei Kodierungsmasken, welche zur räumlichen Modulierung einer Kernstrahlung dienen und zueinander entgegengesetzte räumliche Phasenlage besitzen, wobei diese Kodierungsmasken synchron mit einer weiteren Kodierungsmaske zur räumlichen Modulation sichtbarer Strahlung verschoben werden, um eine kombinierte Aufzeichnung zu erhalten,

Figur 2 eine andere Aus führungsform eines Detektor-Verstärkers zur Verwendung in dem System naoh Figur 1,

Figur 3 eine weitere Ausführungsforra einer Einrichtung zur Erzeugung einer Abbildung mit drei ver-

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sohiedene Phasenlage aufweisenden Kodierungsmasken zur Modulation der Kernstrahlung ,

Figur 4 eine andere Ausfiihrungsform einer Abbildungseinrichtung zur Verwendung in Verbindung mit Röntgenstrahlung als Bildstrahlung,

Figur 5 eine Kodierungsmaskenanordnung mit zwei

verschiedene Phasenlage besitzenden Kodierungsrnustern zur Verwendung in den Einrichtungen nach den Figuren 1 oder 3,

Figur 6 eine Kodierungsmaskenanordnung mit drei

verschiedene räumliche Phasenlage aufweisenden Kodierung sinus tern zur Verwendung in einer Einrichtung nach Figur 3,

Figur 7 ein Diagramm zur Darstellung der räumlichen Frequenzcharakteristiken der Einrichtungen nach den Figuren 1 bis k und

Figuren Darstellungen der Kodierung der Strahlungs-

— verteilung aufgrund einer punktförmig en

Quelle für die Anordnung nach Figur h innerhalb der Einrichtung gemäß Figur 1.

In Figur 1 ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage des Ausgangspunktes einer Kernstrahlung dargestellt, welche von einem Objekt 11, beispielsweise dem Herz oder dem Lungenbereich einer Person 10 ausgeht, welche ein Radiopharmazeutikum eingenommen hat. Eine räumliche Kodierung der Kernstrahlung wird durch eine Maskenanordnung 12 vorgenommen und eine räumlich ausgedehnte Aufnahme der emittierten, räumlich kodierten Strahlungsverteilung geschieht durch ein Detektorsystem, welches außerdem die

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aufgenommene Strahlungsverteilung/stärkt und sie einer Datenverarbeitungseinrichtung l6 zuleitet, die Ablenk- und HeIlsteuersignale an eine Kathodenstrahlröhre 18 liefert, um die

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Detektorsignale als helle Punkte wiederzugeben, welche über eine Sammellinse 20 durch eine Maske 22 hindurch auf einen Film 2k projiziert werden.

Die Maske 22 wird synchron mit dem Träger der mehrere Motlulierungsraasken aufweisenden Maskenanordnung 12 bewegt, und zwar bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen ^ubertragungshebel 26 und einen Nockenscheibentaster 25.

Der Film 24 wird nach Belichtung durch die Maske 22 hindurch in einer Entwicklungsstation 30 entwickelt. Eine Belichtungseinrichtung, welche in einem Kasten 3k eine Anzahl von Lampen enthält, welche ihr Licht diffus durch eine geschliffene Glasplatte hindurch abgeben, dient zur Belichtung des Fi]ms 2k derart, daß die einzelnen Punkte des Films 2k als Lichtquellen unterschiedlicher Helligkeit entsprechend ihrer Belichtung wirksam sind. Diese Lichtverteilung wird dann mittels eines Linsensystems 36 auf einen zweiten Film 32 abgebildet. Die Anordnung des Linsensystems 36 ist dabei vorzugsweise so gewählt, daß sich eine Verkleinerung des auf dem Film 32 erzeugten Bildes entsprechend der Lichtverteilung auf dem Film 36 einstellt. Vorzugsweise wählt man den Film 2k verhältnismäßig empfindlich, um die Belichtungszeit herabzusetzen, während welcher das Objekt 11 unbeweglich bleiben muß, während der Film 32 vorzugsweise verhältnismäßig unempfindlich und dick ist, so daß der Film nach seiner Belichtung in einer Entwicklungs- und Bleichstation 38 entwickelt und gebleicht werden kann, wobei der Film 32 im wesentlichen lichtdurchlässig wird und in seiner Stärke Veränderungen der Dielektrizitätskonstante aufgrund des Bleichprozesses aufweist. Diese Schwankungen der Dielektrizitätskonstante haben die Wirkung, daß das durch den Film geleitete Lioht aufgrund der dielektrischen Linsenwirkung der Elementarbereiche im gebleichten Film 32 selektiv fokussiert und gebrochen wird.

Der Film 32 kann dazu verwendet werden, ein Bild des Objektes zu rekonstruieren, indem ein Strahlenbündel im wesentlichen ko-

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härenten Lichtes von einem Laser 40 aus über eine Linse 42 und eine feine Lochblende 44 geleitet wird, um ein Lichtstrahlenbündel zu erzeugen, welches im wesentlichen vollständig von einer punktförmigen Strahlungsquelle auszugehen scheint. Das Strahlenbündel wird dann durch die Linsen 46 und 4« geführt und in einer Brennebene an dem Punkt 50 fokussiert, wobei am Orte der Brennebene eine undurchlässige Wand 52 angeordnet ist, die eine Blendenöffnung 54 besitzt, welche gegenüber der den Brennpunkt 50 enthaltenden Achse versetzt ist. Der zwischen den Linsen und 46 befindliche, gebleichte Film 32 beugt die Lichtstrahlen in Abhängigkeit vom Informationsgehalt, welcher auf dem Fj Im gespeichert ist, so daß einzelne Filmelemente eine Fouriertransformation der durch das betreffende Filmelement sich ausbreitenden Lichtquanten vornehmen, so daß es zu einer Ablenkung der auszuwertenden Lichtstrahlen kommt, derart, daß diese durch die Ljchtblendenöffnung 5^ fallen. Nach Durchgang durch die Irisblende 5^ wird die Lichtverteilung als rekonstruiertes Bild des Objektes 11 auf eine Fläche zur Betrachtung projiziert, beispielsweise auf eine Mattscheibe 56, wobei des Licht entweder unmittelbar von der Mattseheibe aufgefangen werden kann oder durch eine Linse 5? geleitet wird, um die Bildgröße zu verkleinern. Das auf der Mattscheibe 56 erscheinende Bild wird mit einer gebräuchlichen Kamera 60 photographiert oder das Bild wird unmittelbar betrachtet und untersucht.

Tomographische Effekte oder Schichtaufnahmen erreicht man, indem man die Lage der Mattscheibe 56 gegenüber dem Film 32 verändert. Wird beispielsweise die Mattscheibe 56 von dem Film 32 wegbewegt, so erscheint auf der Mattscheibe 56 das Bild einer anderen Schicht der zu untersuchenden Person 10 bzw. des Objektes 11, während die übrigen Bildinformationen als Schleier oder Nebel im Hintergrund bleiben.

Die Fresnel'sehen Zonenplatten oder die Kodierungsmuster sind in der Weise hergestellt, daß die Fläche der strahlungsdurchlässigen Ringe gleich der Fläche der jeweiligen strahlungsun-

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durchlässigen Zwischenräume gemacht wird. Wenn die Maskenanordnung 12 gedreht wird, so wird der in Figur 5 gezeigte, zunächst vor dem Detektor Ik gelegene Maskenteil 6k durch den Maskenteil 62 ersetzt und gleichzeitig wird die Maske 22 in vertikaler Richtung durch den Kurvenscheibentaster 28 und den Übertragungshebel 26 um eine Strecke verschoben, welche gleich der Breite einer der horizontal verlaufenden, strahlungsundurchlässigen Leisten 66 der Maske 22 ist, derart, daß diejenigen Teile des Filmes, welche zuvor durch die Leisten 66 abgedeckt waren, nun freiliegen, während die zuvor freiliegenden Filmbereiche nun abgedeckt sind, nachdem die Breite der Leisten 66 vorzugsweise im wesentlichen gleich der Breite der strahlungsdurchlässigen Zwischenräume zwischen den Leisten 66 ist. Nachdem der Maskenteil 62 zu dem Maskenteil 6k komplementär ist oder, auf die Phasenlage der räumlichen Frequenz bezogen, nachdem der Maskenteil 6k eine gegenüber dem Maskenteil 62 um 180 phasenverschobene räumliche Frequenz der Kodierung erzeugt, und nachdem die Maske 22 um die Breite einer Maskenleiste 66 verschoben wird, was mit Bezug auf die räumlichen Frequenzen ebenfalls einer Phasenverschiebung von 180 entspricht, bleiben die relativen Phasenlagen der Maskenanordnung 12 und der Maske 22 konstant.

Um eine im wesentlichen vollständige Auslösohung der unerwünschten Hintergrundinformation in dem rekonstruierten Bild zu erreichen, kann die Maskenanordnung 12, wie aus Figur 5 ersichtlich, einen Maskenteil 62 aus einem positiven Fresnel'sehen Zonenmuster und einen Maskenteil 6k aus einem negativen Fresnel'sehen Zonenmuster enthalten. Unter positivem bzw. negativem Fresnel' schem Zonenmuster ist hier eine Anordnung gemeint, bei welcher der mittlere Bereich der betreffenden Zonenplatte gegenüber der Kernstrahlung undurchlässig bzw. durchlässig ist. Zunächst wird, wie dargestellt, der Maskenteil 6k mit dem negativen Fresnel¹ sehen Zonenmuster zwischen dem abzubildenden Objekt il und dem Detektor Ik angeordnet und der Film 2k wird während der gesamten, für den Film vorgesehenen Belichtungszeit belichtet, während sich die weitere Maske 22 in der gezeigten Stellung befin-

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det. Die einzelnen Maskenteile 62 und bk sind beispielsweise aus Bleiringen gebildet, welche auf einem Aluminiumträger abgelagert sind, so daß die Kernteilchen das Aluminium durchdringen, jedoch von den Bleiringen aufgehalten werden, derart, daß ein Schattenbild der Kernstrahlung entsteht, deren Strahlungsverteilung durch ein Fresnel'sches Zonenmuster kodiert ist und auf die Aufnahmefläche des Detektors Ik projiziert wird. Man erkennt, daß der mittlere Bereich des Maskenteiles 64 gegenüber ("en Kernteilchen durchlässig ist, woran sich ein Bleiring anschließt, welcher den durchlässigen Teil umgibt. Aus Figur 5 ist zu ersehen, daß etwa fünf Bleiringe und fünf Zwischenräume zur Bildung eines Maskenteiles vorgesehen sind, wobei der Gesamtdurchmesser eines Maskenteiles etwa 30 cm beträgt. Hat die Maske 22 zweihundert Horizontalleisten auf einem Abstand von etwa 10 cm, so ist die Breite einer Maskenleiste 0,25 mm und daher ist dafür Sorge getragen, daß der Lbertragungshebel 26, welcher auf einer Schneide gelagert ist, die Maske 22 bei einer Drehung der Maskenanordnun,
verschiebt.

kenanordnung 12 um IHO um eine Vertikalstrecke von 0,25 mm

Zur Synchronisation der Bewegung der Maske 22 und der Maskenanordnung 12 in zeitlicher und räumlicher Hinsicht können auch andere Einrichtungen vorgesehen sein. Falls gewünscht, kann die Maske 22 auch in Form zweier bereitgehaltener Maskenplatten vorgesehen sein, welche von Hand gegeneinander in einer festen Anordnung der Filmaufnahmeeinrichtung ausgetauscht werden können, wobei sich beim Auswechseln der Platten die Leistenanordnungen der Maske entsprechend verschieben. Während ferner in der Zeichnung die Maske 22 als eine Vielzahl zueinander paralleler, im Abstand angeordneter Leisten wiedergegeben ist, wobei die Breite der Leisten gleich dem gegenseitigen Abstand der Leisten ist, kann auch irgend ein anderes Kodierungsmuster verwendet werden.

Das bisher beschriebene System hat den Vorteil, daß die Bildinformationen der Ordnung Null dadurch ausgelöscht werden, daß die Daten aufgrund der Maskenteile 62 und 6'* mit positivem bzw.

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negativem Kodierungsrauster jeweils in aufeinanderfolgenden Datenstreifen auf dem Film 2k ineinandergeschachtelt werden, was durch die synchrone Verschiebung der leisten der Maske 22 erreicht wird. Dies hat zur Folge, daß die Irisblende 5k in der Wand 52 verhältnismäßig groß gewählt werden kann, da die Wand 32 nur die Bildinformationen mit einer von Null verschiedenen Ordnung auszuscheiden braucht, wobei die Strahlung entsprechend der unerwünschten Bildinformationen der Ordnung Null sich längs der optisohen Achse des Rekonstruktionssystemes ausbreitet, während Bildinformationen höherer Ordnung nahe an der Irisblende 5k fokussiert werden. Die Leisten der Maske 22 verlaufen senkrecht zur Richtung des Versatzes der Irisblende 5k in der Wand 52, da die Leisten als Beugungsgitter wirksam sind, welches die Bildinformationen in einer Richtung senkrecht zur Leistenrichtung ablenkt.

Nachdem die Bildinformationen der Ordnung Null bzw. mit der räumlichen Frequenz Null durch den Auslöschungseffekt der hier vorgeschlagenen Einrichtung beseitigt werden, können zentrische Fresnel'sehe Zonenplatten verwendet werden, welche für sich eine große "Gleiohstroni"-Hintergrundstörung verursachen, da sich diese Störungen gegenseitig aufheben. Derartige Kodierungsmuster besitzen aber nahe ihrem Zentrum niedrige räumliche Frequenzen und übertragen Objektdaten großer Amplitude, wobei eine geringere Anzahl von Ringen in der Zonenplatte vorzusehen ist, so daß auoh die obere Grenze des auftretenden Spektrums räumlicher Frequenzen niedriger liegt. Dies hat zur Folge, daß der Detektor Ik auch nur auf räumliche Frequenzen in einem niedrigeren Frequenzbereich anzusprechen braucht und beispielsweise eine Angerkamera sein kann, welche die Szintillationen eines verhältnismäßig dicken Szintillationskristalls feststellt, der vor den Photozellen des Detektors angeordnet ist, so daß die Signale, welche von hoohenergetischen Partikelchen abgeleitet werden, verstärkt werden können, während dann, wenn eine große Anzahl von Ringen in der Fresnel'sehen Zonenplatte vorgesehen wäre, eine Begrenzung durch das Frequenz-Ansprechverhalten im Detektor

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und Verstärker gegeben wäre, weshalb man es bisher zur Erzielung einer hohen Auflösung vorgezogen hat, die Belichtung des Films unmittelbar durch den Szintillationskristall vorzunehmen.

In Figur 2 sind Einzelheiten einer optisch-elektronischen Maskenwechseleinrichtung gezeigt, welche innerhalb des Systems nach Figur 1 verwendbar ist. Die zu untersuchende Person 10, welche ein Radiopharmazeutikum eingenommen hat, emittiert Partikel hoher Energie, deren Verteilung durch eine drehbare Maskenanordnung 12 kodiert wird, die zwei Zonenplatten enthält, wie dies anhand der Figuren J. und 5 beschrieben wurde. Die durch die Maskenanordnung hindurch gelangende Strahlung wird wieder von eJnem eine räumlich ausgedehnte Aufnahmeflüehe aufweisenden Detektor 14 auf genommen. Der Detektor 14 kann einen üblichen Detektoraufnahmekopf aufweisen, der einen Szintillationskristall 100 enthält, der Lichtblitze oder Szintillationen erzeugt, sobald er von Kernteilchen getroffen wird. Das von dem Szintillationskristall 100 erzeugte Licht wird durch eine Lichtleiteranordnung 102 zu einer Anzahl von Photozellen 104 geführt, deren Ausgänge in Verstärkern 106 einzeln verstärkt und dann in einen Rechner 108 eingegeben werden, der jeweils drei Ausgangsimpulse liefert. Ein erster Ausgangsimpuls signalisiert die Intensität des Lichtblitzes oder der Szintillation und gelangt über eine Impulsverzögerungsschaltung 110 an das Steuergitter 112 einer Kathodenstrahlröhre 114. Ein zweiter Ausgangsimpuls des Rechners 108 signalisiert die errechnete Y-Position des Lichtblitzes innerhalb des Szintillationskristalls 100 und gelangt über einen Analog-Digital-Umsetzer 116 parallel zu den Adresseneingängen von Festwertspeichern 118 und 120. Die Ausgänge der Festwertspeieher Il6 und 118 liefern Signale entsprechend einer Positionsinformation, die über einen Umschalter 124 und einen Digital-Analog-Umsetzer 126 zu den Ablenkplatten 122 fur die Y-Ablenkung der Kathodenstrahlröhre 114 gelangen.

Der Umschalter 124 wird entsprechend der Drehstellung der Maskenanordnung 112 betätigt, so daß der Schalter die erste Schalt-

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stellung einnimmt, um die Informationen aus dem Festwertspeicher 118 weiterzuleiten, wenn der Maskenteil mit dem positiven Fresnel 'sehen Zonenmuster zwischen dem Objekt und dem Detektor gelegen ist, während die Informationen aus dem Festwertspeicher 120 weitergeleitet werden, wenn sich der Maskenteil mit dem negativen Fresnel'sehen Zonenmuster vor dem Detektor befindet. Wie in Figur 2 dargestellt ist, wird der Schalter 124 mechanisch vermittels eines Kurvenscheibentasters 128 betätigt, der mit der Maskenanordnung zusammenwirkt und die gewünschte Schaltfunktion des Schalters 124 steuert.

Der dritte Ausgangsimpuls des Rechners 108 signalisiert die X-Position der Szintillation des Szintillationskristalles 100. Dieser Impuls gelangt über eine Verzögerungseinrichtung 130 zu den

Ablenkplatten 132 für die X-Ablenkung der Kathodenstrahlröhre 114. Praktisch besitzen die Festwertspeicher 118 und 120 beispielsweise zweihundert Adreßplätze entsprechend zweihundert unterschiedlichen Höhen des die Y-Position signalisierenden Impulses des Rechners 108, welcher in den Analog-Digital-Umsetzer 116 eingegeben wird, wobei z. B. ein achtstelliger binärer Adressenkode verwendet wird. Jede der Adressen entspricht der Position einer der Maskenleisten und des benachbarten Zwischenraums der Maske 22 nach Figur 1. Befindet sich der Umschalter 124 in der abgebildeten Schaltstellung, so wird der Festwertspeicher 118 über den Digital-Analog-Umsetzer 126 an die Ablenkplatten 122 angeschlossen. Die Adressen entsprechen jeweils der oberen Hälfte des Zwischenraumes zwischen den Maskenleisten, so daß dann, wenn die Rasterpunktgröße der Kathodenstrahlröhre kleiner als der Maskenleistenabstand ist, beispielsweise weniger als 25% der Gesamthöhe des Röhrenschirms, eine dem Steuergitter 112 zugeführte Signalinformation auf irgend einem von zweihundert Horizontalstreifen auf dem Sohirm der Kathodenstrahlröhre 114 wiedergegeben wird. Wird der Umschalter 124 in die jeweils andere Schaltstellung gebracht, so entsprechen die von dem Festspeioher 120 gelieferten Adressen den jeweils dazwischenliegenden Streifenbereichen ganz entsprechend tier mechanischen Verschiebung einer

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Maske um einen Leistenabstand in vertikaler Richtung, wie dies in dem System nach Figur 1 vorgesehen war. Da jedoch keine informationshaltigen Daten durch eine Maske blookiert werden, sondern auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre wiedergegeben werden, erhält man bezüglich einer Zählung der das abzubildende Objekt verlassenden Kernteilchen die doppelte Zählgeschwindigkeit.

Aus der Informationstheorie ergibt sich, daß der Leistenabstand vorzugsweise eine räumliche Modulation erzeugen soll, deren Tastgeschwindigkeit oder deren räumliche Frequenz mindestens das Zweifache der höchsten räumlichen Frequenz des zu verarbeitenden Kodierungsmusters ist, das durch die Fresnel'sehe Zonenplatte erzeugt wird und daher erscheint die tatsächliche Lage der Daten entweder innerhalb des Kodierungsmusters aufgrund der oberen Stellung der Maskenleisten oder der unteren Stellung der Maskenleisten nicht in den letztlich ausgewerteten Daten, da diese Information bei der optischen Rekonstruktion in dem System nach Figur 1 herausgefiltert wird.

Das Schirmbild der Kathodenstrahlröhre 114 wird mit einer Kamera Il6 abphotographiert, deren Film beispielsweise so weiterverarbeitet werden kann, wie dies anhand von Figur 1 beschrieben wurde.

Die Impulsform und die Verzögerungszeiten der Verzögerungseinrichtungen IiO und 130 sind so ausgelegt, daß die eine Position signalisierenden Impulse, welche zu den Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre 11k gelangen, für eine ausreichende Zeitdauer anstehen, um Übergangszustände abklingen zu lassen, beispielsweise also einige wenige Mikrosekunden, bevor der an dem Steuergitter 112 wirksame Impuls zur liellsteuerung der Kathodenstrahlröhre eintrifft und außerdem sind die Verzögerungseinrichtungen IiO und 130 so ausgebildet, daß sie eine Zeitverzögerung von einer Mikrosekunde oder mehr kompensieren, welche für den Betrieb der Festwertspeicher 118 und 120 erforderlich ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Signale entsprechend den X- und Y-Koordina-

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ten und das Signal zur Hellsteuerung der Kathodenstrahlröhre, welche von dem Rechner 108 abgenommen werden, in digitale Form gebracht und in beliebiger Weise weiterverarbeitet werden können.

Anhand der Figuren 7 und ba bis Sd sei nun die Betriebsweise des Systems nach Figur 1 und/oder Figur 2 beschrieben. Ein Hadiopharmazeutikum, welches Strahlung vorzugsweise im Spektrumsbereich zwischen 100 000 und *t00 000 eV emittiert, wird in geeigneter Weise in das zu untersuchende Objekt 10 eingebracht und konzentriert sich vornehmlich in einem Organ, beispielsweise der Schilddrüse, den Lungen, den Blutgefäßen oder in Skeletteilen. Die Strahlung gelangt während einer bestimmten Zeitdauer, beispielsweise zehn Minuten, durch den Maskenteil mit dem positiven Fresnel'sehen Zonenmuster und wird von dem Detektor Ik aufgenommen.

Die Gestalt der Fresnel'sehen Zonenplatte ist in Figur 5 wiedergegeben. Vorzugsweise handelt es sich um eine konzentrische Fresnel'sehe Zonenplatte, so daß dasselbe räumliche Auflösungsvermögen mit einer geringeren Gesamtzahl von Maskenringen erreicht werden kann als bei Verwendung einer exzentrischen Fresnel'sehen Zonenplatte. Der strahlungsdurchlässige Zwischen raum zwischen den schmälsten Ringen kann daher breiter sein und daher kann die Dicke der Zonenplatte größer gewählt werden, um die Zonenplatte zur Modulation der Verteilung von Strahlung höherer Energie verwenden zu können, ohne eine Blockierung von denjenigen Bildstrahlungsanteilen vorzunehmen, welche von dem in dem Objekt enthaltenen radioaktiven Material unter einem spitzen Winkel zu der Zonenplatte emittiert werden. Es kann aber auch bei einer geringeren Energie der verwendeten Strahlung, beispielsweise einer Technetiumstrahlung mit Energien von IhO 000 eV eine dünnere Zonenplatte und eine größere Anzahl von Maskenringen verwendet werden, so daß sich schließlich eine größere Bildauflösung ergibt.

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In Figur 7 ist ein Beispiel der Empfindlicbkeitskennlinie mit Bezug auf die räumlichen Frequenzen für die Kameraröhre mit den Photozellen nach Figur 2 eingezeichnet und mit 132 bezeichnet. Es ergibt sich eine obere Grenze des Ansprechens auf räumliche Frequenzen von beispielsweise etwas weniger als einem Linienpaar pro cm. Die räumliche Modulationsfrequenz aufgrund einer der in Figur 5 dargestellten Maskenteile mit einem konzentrischen Fresnel 'sehen Zonenmuster entspricht der in Figur 7 niit 134 bezeichneten Kurve. 1/ürde eine Zorienpla t te mit einem exzentrischen Fresnel' sehen Zonenmuster mit einem sogenannten iialbtonschirm verwendet, wie in der oben schon genannter] deutschen Of feni egungs· schrift 2 322 612 beschrieben ist, so ware die obere Grenze des Vnsprechens auf räumliche Frequenzen bedeutend höher, wie durch die Kurve 136 deutlich gemacht wird, welche die Trägerfrequenzlinie 138 beidseitig flankiert. Durch die Verwendung einer Zonenplatte mit einem konzentrischen Fresnel'sehen Zonenmuster ergibt sich ein Spektrum niedrigerer räumlicher Frequenzen zur Erzielung derselben Informationen, wobei praktisch die Komponenten mit den niedrigen räumlichen Frequenzen erhalten bleiben, welche die Information enthalten, die zur Abbildung eines ausgedehnten Objektes notwendig sind. Durch Einführung der Modulation entsprechend der Maskenleisten nach der ^verstärkung wird die Trägerfrequenz 13fc den Daten vor der Aufzeichnung auf dem Film aufgeprägt, auf dem eine Integration der Daten erfolgt.

Befinden sich der Maskenteil 62 mit dem positiven Fresnel^!sehen Zonenmuster und die mit horizontalen Leisten ausgerüstete Maske 22 in einer ersten Stellung, so wird auf dem Film ein Horizontalstreif enrauster auf dem Film als eine erste Gruppe von Streifen aufgezeichnet, welche Daten enthalten, welche die Trägerfrequenz 13B aufweisen und die verstärkten Daten entsprechend dem Basisband der Kurve 134 beinhalten, welche dem Träger aufmoduliert sind, wie durch die Kurve 140 deutlich gemacht ist.

Die räumliche Frequenz entsprechend der Frequenzlinie 138 bestimmt sich aus der Anzahl der Leisten der Maske 22 und wird

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vorzugsweise so gewählt, daß sie mindestens zweimal so groß wie die höchste räumliche Frequenz in der Kurve 13²I ist, so daß bei einer Modulation der Daten entsprechend der Kurve 134 mit der Trägerfrequenz entsprechend der Frequenzlinie 138 zur Erzeugung von Trägerseitenbändern entsprechend der Kurve 140 kein Überlappen der Kurven 140 und 134 auftritt und folglich auch keine Zweideutigkeit der Daten in den aufgezeichneten Schattenbildern vorhanden ist.

Die Maskenanordnung 12 wird dann um 180 um die Nabe 65 gedreht, um den Maskenteil 64 mit dem negativen Fresnel'sehen Zonenmuster vor den Detektor 14 zu bewegen und gleichzeitig wird der Maskenschirm 22 in vertikaler Richtung um die Breite einer Leiste verschoben, so daß sioh die Phase der räumlichen Trägerfrequenz um 180 verschiebt und die Daten werden als eine zweite Gruppe von Streifen auf den Film 24 aufgezeichnet, wobei diese Streifen zwischen der erstgenannten Gruppe von Streifen gelegen sind und die Belichtung im wesentlichen genauso lange durchgeführt wird, wie dies bei Verwendung des Maskenteiles 62 mit der positiven Fresnel'sehen Zonenplatte geschah.

In Figur 8A ist die Intensitätsverteilung der Energie über der Aufnahmefläche des Detektors 14 aufgezeichnet, wie sie beispielsweise von einer einzigen punktförraigen Strahlungsquelle in dem abzubildenden Objekt an einer Stelle nahe der Achse der Zonenplatte verursacht wird, wobei Energie durch alle Zwischenräume zwischen den Bleiringen auf dem Maskenteil mit der positiven Fresnel'sehen Zonenplatte emittiert wird. Figur 8B zeigt die Intensitätsverteilung aufgrund derselben punktförraigen Strahlungsquelle, welche durch die Zwischenräume des Maskenteiles 64 mit dem negativen Fresnel'sehen Zonenmuster strahlt. Figur 8C zeigt die Intensitätsverteilung der Strahlung, welche durch einen Teil der die horizontalen Leisten aufweisenden Maske 22 auf den Film aufgezeichnet wird, und zwar für beide Maskenteile, nämlich in ausgezogenen Linien für den Maskenteil mit dem positiven Fresnel'sehen Zonenmuster und in gestrichelten Linien für

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den Maskenteil mit dem negativen Fresnel'sehen Zonenmuster. Wo sich die leicht angeschrägten Seiten der Intensitätskurven für die beiden Zonenplatten etwas überlappen, geschieht eine entsprechende Subtraktion und/oder eine Phasenumkehr des Ausgangssignales. Die Phasenlage und die Intensität der in der Darstellung nach Figur BC enthaltenen Daten sind in Figur 8D wiedergegeben. Die Längenmaßstäbe in den Figuren SC und bD sind vergrößert, um nur einen Teil der sich überlappenden Bereiche der Intensitätskurven nach den Figuren 6A und SB darzustellen, wie durch gestrichelte Linien zwischen den Figuren SA bis 8C deutlich gemacht ist. Aus den Figuren 8C und 6D ist der Subtraktionsvorgang ersichtlich. Man erkennt, daß die den Maskenteilen mit den konzentrischen Fresnel'sehen Zonenmustern entsprechenden Daten in geeigneter Weise erhalten werden und auf dem Film mit einer Bezugsmarke markiert sind. Die angegebenen Masken sind jedoch nur Beispiele und die Gestalt und der Abstand der Maskeneleraente können nach Wunsch geändert werden, so daß sich entsprechende räumliche Frequenzen und Formen ergeben.

Jede punktförraige Strahlungsquelle innerhalb des Objektes verursacht eine ähnliche Gruppe von Intensitätsverteilungen und Subtraktionsergebnissen, wobei die Lage der punktförmigen Strahlungsquelle mit Bezug auf die Achse der Zonenplatte durch Amplitude und Phasenlage des resultierenden Signales dargestellt wird. Diese Signale liegen in Gestalt von Aufzeichnungen in dem Film vor, welcher nach Bleichen in einer Bleichsfcation umgewandelt wird, so daü der Film die Amplitudeninformation und die Phaseninformation enthält, welche bewirken, daß das durch den Film geleitete Laserlicht entsprechend abgelenkt wird und eine Bildrekonstruktion ermöglicht. Störende Ilintergrunddaten entsprechend einem Gleichstrommittelwert oder entsprechend einer Ordnung Null werden jedoch ausgelöscht, nachdem eine jeweils entgegengesetzte Kodierung durch die Maskenteile mit positivem und mit negativem Fresnel'schein Zonenmuster in benachbarten Aufzeichnungsstreifen auf dem Film vorliegt.

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Es ist auch möglich, die Ausgangssienale des Detektors nicht der Kathodenstrahlröhre zuzuführen, sondern als digitale Information in einen digitalen Rechner einzugeben, in welchem eine digitale Speicherung und eine Fourier-Transformation durchgeführt wird, um ein Bild zu rekonstruieren, welches dann erst auf einer Kathodenstrahlröhre dargestellt wird oder in anderer Weise auf einem Aufzeichnungsträger festgehalten wird.

Vorzugsweise ist die Belichtungszeit des Films für jeden Maskenteil gleich. Gegebenenfalls können jedoch auch verschiedene Belichtungszeiten gewählt werden. Soll beispielsweise ein Bild des Brustraumes gefertigt werden, so ist eine Belichtungszeit von einigen wenigen Minuten erforderlich, um eine ausreichende Datenmenge zur Erzielung statistisch wiederholbarer Ergebnisse zu sammeln, wobei diese Zeit bedeutend kurzer ist als die Zeit, welche erforderlich ist, um von einem ausgedehnten Objekt ein Bild mittels einer gebräuchlichen Lochkamera oder mittels eines Kollimators in Verbindung mit einer Angerkamera oder mit Bildverstärkern zu erzielen.

In Figur 3 ist eine Abbildungseinrichtung gezeigt, welche der in Figur 1 dargestellten Einrichtung ähnlich ist, doch besitzt die Maskenanordnung 12 hier drei Zonenplatten, welche in Figur 6 dargestellt sind, und zwar eine Zonenplatte mit einem positiven Fresnel'sehen Zonenmuster, eine entsprechende Zonenplatte 152, welche bezüglich der räumlichen Frequenz eine Phasenverschiebung von 120 aufweist und eine dritte Zonenplatte 15^, welche bezüglich der räumlichen Frequenz eine Phasenverschiebung von 240 besitzt. Die Leistenanordnung der Maske 22 enthält Leisten 67, deren Breite zweimal so groß wie die Breite der Zwischenräume ist. Diese Maske wird in Vertikalrichtung bei jedem Wechsel der Zonenplatte um ein Drittel des Abstandes von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Leisten 67 verschoben und demgemäß werden drei Gruppen von Streifen auf dem Film 24 aufgezeichnet. Der Vorteil einer dreiphasigen Zonenplattenanordnung gegenüber einer zweiphasigen Anordnung ist es, daß die positiven Daten erster

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Ordnung wirkungsvoller von den negativen Daten erster Ordnung j ii dem System zur optischen Uekonstruktion voneinander getrennt werden können, Kenn die Daten gleicher Ordnung vermindert <verc! e ti.

In >^?igur h ist eine Heitere Ausfiihrungsiorm gezeigt, bei welcher das abzubildende Objekt durch eint üüutgenstrahlungsijuclle lGO bestrahlt wird, welche, falls gewünscht, von einer ltöutgen-IluoreszenzqueJ] e gebildet sein kann, deren Strahlung vornehmlich aui einen bestimmten Energiepegel konzentriert ist. Eine Maskenanordnung 12 dient zur raumlichen Kodierung der das Objekt durchstrahlenden Röntgenstrahlung. Der Detektor 14, welcher ein Bildverstärker sein kann, bei welchem ein Szintillationskristall neben einer Photokathode angeordnet ist, wird entsprechend der kodierten Röntgenstrahlungsverteilung bestrahlt. Die Ausgangsstrahlung des Bildverstärkers erfahrt eine raumliche Modulation durch eine von einer Streifenanordnung gebildete Maske, die synchron mit der Verschiebung der Zonenplatten bewegt wird, wie dies anhand von P^igur 1 beschrieben wurde. Danach erfolgt die Bildrekonstruktion im wesentlichen, wie in Figur 1 gezeigt und vorstehend angegeben.

Dem Fachmann bietet sich im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Weiteruildunes- und Abwandlungsmöglichkeiten. Beispielsweise können andere Maskenformen und andere Datenverstärker eingesetzt werden und es kann eine andere Verarbeitung der Daten vorgesehen sein. Außerdem kann zur optischen Rekonstruktion auch nichtkohärentes Licht verwendet werden und zur Bildrekonstruktion können entsprechende, an sich bekannte Verfahren eingesetzt werden.

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Claims

Patentansprüche

(Iy Einrichtung zur Erzeugung einer Abbildung eines Objektes unter Verwendung von durch Masken modulierbarer, im wesentlichen nioht phasenkohärenter, hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung oder Korpuskelstrahlung, insbesondere der radioaktiven Strahlung, welche von einem aufgrund selektiver Verabreichung eines Radiopharmazeutikums strahlenden, lebenden Organ ausgeht, als Bildstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildstrahlungsverteilung ein räumliches Kodierungsmuster aufprägbar (12) ist, dessen Merkmale veränderbar sind und daß die kodierte Bildstrahlungsverteilung auf der räumlich ausgedehnten Aufnahmefläche eines Detektors (I²O aufnehmbar ist, dessen Ausgang in Abhängigkeit von der Veränderung der Merkmale des Kodierungsmusters modulierbar (22, 26, 28 bzw. 118, 120, 124, 128) ist.
2. Einrichtung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieniveau der kodierten Bildstrahlungsverteilung über dem sichtbaren Spektrumsbereich liegt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufprägung des räumlichen Kodierungsmusters mittels einer Fresnel^fsehen Zonenplatte (62, 6h bzw. 150, 152) erfolgt.
k. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (14) Verstärkern^ttel (i6, bzw. 106) enthält.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, daduroh gekennzeichnet, daß die räumlich ausgedehnte Aufnahmeflache des Detektors an einem Wandlermedium (lOO), insbesondere einem Szintillationskristall (iOO) gebildet ist, welches bzw. welcher

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die kodierte Bildstrahlungsverteilung in eine Strahlungsverteilung eines niedrigeren Energieniveaus umsetzt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Detektorausganges durch mit Bezug auf die Detektoraufnahmefläche räumlich veränderliche Tastung der Detektorausgänge (ll6, 118, 120, 124t) erfolgt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorausgang eine die Modulation aufweisende Strahlung liefert bzw. in eine solohe Strahlung umformbar (l6) ist, wobei die Strahlung ein gegenüber der kodierten Bildstrahlungsverteilung tieferes Energieniveau aufweist und auf einem photographischen Film (24 bzw. lib) aufzeichenbar ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierung der Bildstrahlungsenergie mittels abwechselnd in den Bildstrahlengang einbringbarer Masken (62, 6k bzw. 150, 152) erfolgt, welche mit Bezug auf die räumlichen Frequenzen unterschiedliche Phasenlage besitzen.
9. Einrichtung nach Anspruch δ, dadurch gekennzeichnet, daß die Masken jeweils von Fresnel'sehen Zonenplatten (62, 6k bzw. 150, 152) gebildet sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnel'sehen Zonenplatten jeweils ein konzentrisches Fresnel' sches Zonenmuster aufweisen.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Detektorausganges durch Erzeugung eines überlagerten Streifenmusters (22) auf einem Aufzeichnungsträger (24) erfolgt.
12. Verfahren zur Erzeugung einer Abbildung eines Objektes unter Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die räumliche Kodierung der Bildstrahlungsverteilung unter Verwendung von Kodierungsmustern mit jeweils unterschiedlicher räumlicher Phasenlage erfolgt, daß die Modulation des Detektorausganges ebenfalls wahlweise mit bestimmter räumlicher Phasenlage durchgeführt wird und daü die voneinander abhängige Änderung der Merkmale der räumlichen Kodierung der Bildstrahlungsverteilung und der Modulation des Detektorausganges unter Einhaltung der relativen Phasenlage durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Kodierung der Bildstrahlungsverteilung mittels Fresnel¹ scher Zonenrauster, insbesondere konzentrischer Fresnel'scher Zonenmuster erfolgt.

Ik. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der als Strahlung geringerer Energie auftretende Ausgang des Detektors mittels einer synchron zum Wechsel der Fresnel'sehen Zonenmuster verschiebbaren Streifenmaske moduliert wird.

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