Biomedizinische Technik Band 21 Heft 3/1976
Röntgenstreustrahlenbilder
und Analyse .von Argon als Basis einer neuen Fremdgasmethode zur Durchblutungsmessung von Organen. Verh. Dt. Ges. Kreislaufforschung 32. Tg. (1966), 267—273 [8] Löllgen, H., G. v. Nieding, H. Krekeler und U. Smidt: Massenspektrometrische Partialdruckmessung von Gasen in Flüssigkeiten. Referat Tg. „Respirations-Massenspektrometrie", Moers 1974 [9] v. Nieding, G., K. D. Schuy, H. Krekeler and K. Muysers: Mass Spectrometric determination of gas contents in microvolumes of liquids using a novel gas equilibration method. Pflügers Aren. 335 (1972) R 31, 61
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[10] Rau, G.: Messung der Koronardurchblutung mit der Argon-Fremdgasmethode. Arch. Kreislauff. 58 (1969), 322—398 [11] Wald, A., W. K. Hass, F. P. Siew und D. H. Wood: Continuous measurement of blood gases in vivo by mass spectrography. Med. & biol. Engng. 8 (1970), 111—128 299 Anschrift der Verfasser (Kontaktadresse): Dr. Dipl.-Phys. K.-W. Beste Physiologisches Institut der Universität Humboldtallee 7 3400 Göttingen
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A. Ganssen H. Platzer
Röntgenstreustrahlenbilder mit Fresnelzonen Holographie Scattered X-Ray Imaging by Fresnel Zone Holography Siemens AG, ÜB Med, Erlangen Institut für Nachrichtentechnik der TU München Es wurden Röntgenstreustrahlenaufnahmen mit einer Fresnelzonenschattenoptik großer Apertur von 120 und 180mm Durchmesser angefertigt. Aus den verkleinerten Fresnelzonenschattenbildern wurden im kohärenten Licht Abbildungen von den Testobjekten, Wirbelknochen und Plexiglaskörpern mit einer räumlichen Auflösung von besser als 2 mm rekonstruiert. Die Grundprinzipien der Aufnahmetechnik, das Abbildungs- und Rekonstruktionssystem und einige zur Dimensionierung der Anordnung führende Überlegungen werden vorgestellt. Scattered X-ray images were made with a Fresnel shadow optical System having the large apertures of 120 and 180 mm diameter. From the minified Fresnel zone shadow images, with the aid of coherent light, images of the test phantoms (spinal vertebrae and plexiglas bodies) were reconstructed at a resolution of better than 2 mm. The basic principles of the scattered X-ray imaging System, the image reconstruction System and the considerations leading to the dimensioning of the set-up, are discussed.
In der Röntgendiagnostik benutzt man zur Abbildung innerer Organe heute fast ausnahmslos den direkten Schattenwurf im Strahlenkegel einer punktartigen Strahlenquelle. Der ganz erhebliche Anteil der Röntgenstreustrahlung an der Gesamtstrahlung wird wegen des Fehlens einer Sammellinse für Röntgenstrahlung nicht zum Informationsgewinn verwendet. Durch die Anwendung teilweise absorbierender Schirme — sogenannter „codierter Aperturen" — wird es jetzt auch möglich mit großer Apertur Schattenbilder der streuenden Organe zu entwerfen, welche die Gestalt derselben zu rekonstruieren erlauben. Mehrere Laboratorien arbeiten bereits an der Anwendung der Barrettschen Zonenplattenholographie für die Darstellung von Radioisotopenverteilungen in der Nuklearmedizin. In diesem Beitrag soll von deren Anwendungsmöglichkeit auf die bildliche
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Darstellung mit Röntgenstreustrahlung die Rede sein. Das Prinzip einer ersten Abbildungsstufe eines solchen Verfahrens zeigt Bild 1.
registriert· bitMtttiU«•rttihing >d.V)
Objekt el-ri.-7V> i(iy) • odyltcdy)
Detektor Ebene «.y
im Ortstrequeniberefeti
Bild 1. Grundschema der Bildgewinnung mittels codierter Apertur
Die von dem Objekt in alle Richtungen ausgesandte Streustrahlung passiert im Abstand b eine
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codierte Apertur, hinter der im Abstand a ein registrierendes Medium, z. B. ein fotografischer Film, angeordnet ist. Die schattenwerfende Wirkung des Schirms wird in guter Näherung mathematisch durch die Faltung beschrieben [2]. Es sei o (xy) die vom Objekt herrührende Intensitätsverteilung in der Detektorebene, die dann entsteht, wenn man eine infinitesimal kleine Blende über die Ebene der codierten Apertur (ohne Codierung) bewegt. Andererseits sei c (xy) 'das Schattenbild der codierten Apertur, welches von einem strahlenden Objektpunkt in der Detektorebene entworfen wird. Dann errechnet sich die Intensitätsverteilung i (xy) als i (xy) « o (xy) * c (xy). Da beide Funktionen positiv definit sind, hat diese Operation den Charakter einer Verschmierung. Es ist also ein Informationsverlust zu erwarten. Die Informationsübertragung durch ein derartiges System wird durchsichtiger, wenn die Verhältnisse im Bereich der Ortsfrequenzen betrachtet werden. Dann wird nach dem Faltungstheorem aus der Faltung die Multiplikation und es gilt: I (f
f y)
=
O (f
f y) ' C (f
Es stellt sich nun die Auf gäbe, das Signalspektrum O in den Übertragungsbereich P zu verschieben (Bild 3). Dies geschieht durch Faltung von O mit einer punkthaften Funktion M (Bild 4). Man benützt dazu ein Modulationsgitter vor dem Objekt.
· » .· · / -/ Bild 3. Schematische Darstellung von Objekt- und Fresnelzonenplattenspektrum
M
fT (Fouritftransformatiofl) •H i h«
fy)
Zur Decodierung muß also die Verschmierung rückgängig gemacht werden. Dazu muß durch C (f x f y ) dividiert werden. An Nullstellen von C wird dies jedoch zumindest technisch problematisch. Barrett [1] schlug 1972 vor, als codierende Apertur einen exzentrischen Ausschnitt aus einer Fresnelzonenplatte zu benützen. Diese hat den Vorteil, daß damit die Decodierung von i (xy) besonders einfach wird: Da nun c das Hologramm eines Punktes ist, welches bei Durchleuchtung mit kohärentem Licht eben diesen Punkt zu rekonstruieren erlaubt, und jeder Objektpunkt nach Rekonstruktion wieder seinen Bildpunkt erzeugt, scheint diese Methode große Vorteile zu besitzen. Zur systemtheoretischen Analyse betrachten wir das Spektrum einer off-axis-Zonenplatte. Bild 2 zeigt das aus einem '.
Bild 4. Modulationsgitterund darüber dessen Spektrum
Zur Übertragung eines möglichst großen Frequenzbandes muß dann die Objektfunktion o (xy) mit der Modulationsgitterfunktion m (x) multipliziert werden. Die Modulationsgitterkonstante ergibt sich aus der Lage der Seitenbänder der off-axis-Zonenplatte und den geometrischen Konstanten der Aufnahmeordnung. BildS zeigt eine typische Anordnung mit systemtheoretischer Beschreibung. Vor dem Objekt o ist das Modulationsgitter m angeordnet. Im Abstand b befindet sich die Fresnelzonenplatte P. Das Schattenbild i (xy) wird dann im Abstand a entworfen. Dieses ergibt sich aus der Faltung von O (xy) · m (xy) mit P (xy).
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(*«).' *·
Bild 2. Ortsfrequenzspektrum der Fresnelzonenplatte
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§
o(
Bild 5. Gewinnung des codierten Bildes mit off-axisZonenplatte und Modulationsgitter
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Bei der praktischen Anwendung von Abbildungssystemen dieser Art ist es nicht immer möglich, den Abstand zwischen Objektiv und Modulationsgittern beliebig klein zu machen.
gramm gestellt wurde. Die Konvergenz des Strahles war so bemessen, daß auch noch das bei paralleler Durchleuchtung imaginäre Bild der minus ersten Ordnung zu einem reellen Bild wurde.
Eine genauere Analyse zeigt, daß bezüglich der Abbildungsqualität ein dadurch verursachter verunschärfender Effekt vernachlässigt werden kann, er jedoch für die Dimensionierung des Gitters berücksichtigt werden muß.
Um den Bildpunkt der Modenblende herum entsteht so zwischen den beiden Rekonstruktionen ( + 1. und — 1. Ordnung) die Spektralzerlegung des Pseudohologrammes mit seinen charakteristischen Seitenbändern. Die dadurch gegebene Möglichkeit der Ortsfrequenzfilterung wurde ausgenutzt. Nach der Ortsfrequenzfilterung wurde das Strahlenbündel durch das Prisma zur optischen Achse hin ausgerichtet und mit Hilfe einer Zerstreuungslinse auf das Format der Polaroidkamera (8 10 cm) vergrößert.
Zur versuchsweisen Realisierung von Röntgenstreustrahlenaufnahmen nach dem beschriebenen Konzept wurde die auf Bild 6 schematisierte Anordnung verwendet. Mittels einer Diagnostikröhre wurde das abzubildende Objekt angestrahlt. Die Röhrenspannung betrug dabei 60 kV, der Röhrenstrom 400 mA. Von der Sekundärstreustrahlung, die von dem Objekt in alle Richtungen emittiert wird, passierte ein Teil etwa unter 90 ° gegenüber dem Primärstrahlenbündel das Modulationsgitter. Dieses bestand aus teilweise mit 0,5 mm Bleifolie belegtem Plexiglas mit einer Gitterkonstanten von 1,8 mm. Hinter dem Gitter war die exzentrische Fresnelzonenplatte von ähnlicher Bauart wie das Gitter angeordnet. Die Apertur der Fresnelzonenplatte betrug 18 cm bei einem kleinsten Zonenabstand von 0,35 mm. Das Pseudohologramm wurde dann als Schattenbild auf einen fluoreszenzfolienverstärkten Film geworfen. Der Abstand zwischen Objekt und Modulationsgitter betrug 5 cm, die Abstände zwischen Gitter und Fresnelzonenplatte, sowie Fresnelzonenplatte und Film, waren jeweils 15 cm. Modulation·· Güter
Euentrische FretnelzonenPlatte
Pseudo Hologramm (verkleinert) Kollimator Mikroskop objektiv Ortsfrequenzfilter Laser
Bild 7. Schema der Bildrekonstruktion mit Ortsfrequenzfilterung und Nachvergrößerung
r^Roentgenstreustrahlenbüder -~' ~~— " ~~ mit ~" ·Fresnelzonen · · holographie
(Objekte:
·-.j
PseudoHologramm
Röntgenröhre
Bild 6. Schema der Röntgenstreustrahlenaufnahme mit Fresnelzonenplatten-Pseudoholographie
Die Anordnung zur Rekonstruktion ist schließlich auf Bild 7 wiedergegeben. Zur Rekonstruktion der Strahlungsverteilung wurde der Röntgenfilm auf ca. 5 mm verkleinert und als Diapositiv in ein kohärent-optisches System eingesetzt. Ein He-NeLaser lieferte einen Parallelstrahl, der durch ein Mikroskop-Objektiv auf die Modenblende (Pinhole) f okussiert wurde. Die Modenblende, welche aus der gesamten Laserstrahlung nur einen kleinen räumlichen Winkel hindurchläßt, ist zur Herstellung einer ausreichenden räumlichen Kohärenz erforderlich. Ein hochwertiger Kollimator erzeugte hinter der Modenblende ein leicht konvergentes Strahlenbündel, in welches das verkleinerte Pseudoholo-
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Plexiglasprisma Menschlicher Rückenwirbel Seitenansicht^
Draufsicht i
Rekonstruktionen der Fresnelzonenhologramme:
Bild 8. Röntgenstreustrahlenbilder mit Fresnelzonen-Pseudoholographie. Lichtbilder der dargestellten Objekte in der oberen Bildzeile
Einige auf diese Weise erhaltenen Röntgenstreustrahlenbilder sind auf Bild 8 zusammen mit ihrer Auflichtfotografie wiedergegeben: Ein Plexiglas-
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Kurzberichte
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prisma mit einer zylindrischen Bohrung und ein Literatur menschlicher Wirbelknochen in Seitenansicht und [1] Barrett, H.H., D.T. Wilson, G.D. DeMeester and in Draufsicht. — Die Gleichkomponente wird in den H. Scharf mann: Fresnel Zone Plate Imaging in Radiology and Nuclear Medizine. Opt. Eng. Vol. 12, Rekonstruktionen gut wiedergegeben. Der von der No. l (1973), 8—12. primären Einstrahlungsrichtung ausgehend lang[2] Goodman, J.W.: Introduction to Fourier Optics. sam abnehmende Sekundärstrahlungsverlauf ist McGraw Hill Book Comp. (1968). deutlich zu erkennen. Es ist in den Pseudoholo305 grammen grundsätzlich auch die .Tiefeninformation Anschrift der Verfasser: enthalten, so daß also auf verschiedene Schichten Dr. rer. nat. A. Ganssen Siemens AG, ÜB Med. Technik in der Tiefe scharf eingestellt werden kann. Henkestraße 127 8520 Erlangen H. Platzer Institut für Nachrichtentechnik der TU München Arcisstraße 21
Herrn H. Lübker (Siemens AG ÜB Med, Erlangen) danken wir für die Ausführung der Röntgenstreustrahlenaufnahmen. Herrn J. Hofer (Institut für Nachrichtentechnik, TU München) für die Mitarbeit bei der Rekonstruktion der Pseudohologramme.
Kurzberichte Unter „Kurzberichte" werden Arbeiten veröffentlicht, die in ihrem Umfang 2 Schreibmaschinenseiten (IVs-zeilig) einschließlich Literatur und Bildmaterial (nur Strichzeichnungen) nicht überschreiten. Eine Veröffentlichung wird innerhalb von 3 Monaten erfolgen.
Messungen und Modelle zur Analyse des Tremor
Am 24. 5.1975 fand im Rahmen der „Medizin-Technik 1975( eine rund dreistündige Workshop-Diskussion über Tremorphänomene mit Teilnehmern aus dem medizinischen Bereich (7) und aus technischnaturwissenschaftlichen Bereichen (4) statt. Stichwortartig sollen einige der besprochenen Fragen und der Ergebnisse berichtet sowie Ausblicke für die künftige Arbeit wiedergegeben werden. Die Auswertung eines den Teilnehmern vorgelegten Fragebogens wurde hierbei ebenfalls berücksichtigt. Die Diskussion brachte deutlich zum Ausdruck, daß eine kaum überschaubare Vielfalt von Tremorphänomenen zu beobachten dstMan kann von „dem Tremor" sicher nicht sprechen. Es besteht aber der Wunsch, aus den Tremorphänomenen Maßgrößen unter folgenden Gesichtspunkten zu gewinnen: 1. Im medizinischen Bereich könnte eine Tremoranalyse ein wichtiges Hilfsmittel werden. Wahrscheinlich sind bestimmte Tremorarten voneinander unterscheidbar. Wegen der komplexen Zusammenhänge ist eine Differentialdiagnose nicht in allen Fällen möglich. Ähnliches gilt für die Feststellung eines Therapie-Verlaufs. 2. Eine laufende Kontrolle der Tremorschwingungen während eines neurochirurgischen Eingriffs wurde besonders dringend gewünscht. 3. Zur Beurteilung von Auswirkungen auf das ZNS durch Pharmakaeinwirkung oder -entzug sollen Tremorphänomene herangezogen werden.
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8000 München 2
4. In der Ergonomie wird versucht, die Tremoranalyse zur Bruteilung von mentaler Belastung, Ermüdung, Tagesrhythmen, Drogen und Vergiftungserscheinungen zu benutzen. Auch bei der Personalauswahl für bestimmte feinmotorische Arbeiten dient der Tremor als Anhaltspunkt. Eine Anwendung der Analyse .kann jedoch nur dann erfolgen, wenn die Erfassung der Phänomene quantitativ und reproduzierbar möglich ist. Die quantitative Tremormetrie steht aber gerade erst am Anfang. Meßtechnische Überlegungen Als Meßgrößen werden verwendet: Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft und Elektromyogramme als Funktion der Zeit. Die Aufnehmer sind an die Gegebenheiten des Körperteils (Finger, Hand, Arm, Schulter, Kopf, Bein) anzupassen. Eine wohldefinierte Positionierung des schwingenden Gliedmaßes ist eine Grundvoraussetzung für eine eindeutige und reproduzierbare Messung. Es zeigte sich, daß jeder Teilnehmer eine andere Meßanordnung verwendet hatte, wodurch die Ergebnisse kaum untereinander vergleichbar sind. Hier wurde sowohl für die Meßanordnung wie bezüglich der Aufnehmer und Verstärker der Wunsch nach einer Vereinheitlichung deutlich. Signalauswertung Einige der rhythmischen Tremorarten lassen sich quantitativ nach Amplitudenmaßen und nach Frequenzanteilen auswerten. Auch hier ist erst ein Anfang gemacht worden. Bei pathologischen Tremorarten wurde besonders auf die Notwendigkeit einer Analyse im Zeitbereich hingewiesen, da die zugrundeliegenden reflektorischen , Mechanismen äußerst komplex und der Beschreibung im Fre-
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und Analyse .von Argon als Basis einer neuen Fremdgasmethode zur Durchblutungsmessung von Organen. Verh. Dt. Ges. Kreislaufforschung 32. Tg. (1966), 267—273 [8] Löllgen, H., G. v. Nieding, H. Krekeler und U. Smidt: Massenspektrometrische Partialdruckmessung von Gasen in Flüssigkeiten. Referat Tg. „Respirations-Massenspektrometrie", Moers 1974 [9] v. Nieding, G., K. D. Schuy, H. Krekeler and K. Muysers: Mass Spectrometric determination of gas contents in microvolumes of liquids using a novel gas equilibration method. Pflügers Aren. 335 (1972) R 31, 61
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[10] Rau, G.: Messung der Koronardurchblutung mit der Argon-Fremdgasmethode. Arch. Kreislauff. 58 (1969), 322—398 [11] Wald, A., W. K. Hass, F. P. Siew und D. H. Wood: Continuous measurement of blood gases in vivo by mass spectrography. Med. & biol. Engng. 8 (1970), 111—128 299 Anschrift der Verfasser (Kontaktadresse): Dr. Dipl.-Phys. K.-W. Beste Physiologisches Institut der Universität Humboldtallee 7 3400 Göttingen
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A. Ganssen H. Platzer
Röntgenstreustrahlenbilder mit Fresnelzonen Holographie Scattered X-Ray Imaging by Fresnel Zone Holography Siemens AG, ÜB Med, Erlangen Institut für Nachrichtentechnik der TU München Es wurden Röntgenstreustrahlenaufnahmen mit einer Fresnelzonenschattenoptik großer Apertur von 120 und 180mm Durchmesser angefertigt. Aus den verkleinerten Fresnelzonenschattenbildern wurden im kohärenten Licht Abbildungen von den Testobjekten, Wirbelknochen und Plexiglaskörpern mit einer räumlichen Auflösung von besser als 2 mm rekonstruiert. Die Grundprinzipien der Aufnahmetechnik, das Abbildungs- und Rekonstruktionssystem und einige zur Dimensionierung der Anordnung führende Überlegungen werden vorgestellt. Scattered X-ray images were made with a Fresnel shadow optical System having the large apertures of 120 and 180 mm diameter. From the minified Fresnel zone shadow images, with the aid of coherent light, images of the test phantoms (spinal vertebrae and plexiglas bodies) were reconstructed at a resolution of better than 2 mm. The basic principles of the scattered X-ray imaging System, the image reconstruction System and the considerations leading to the dimensioning of the set-up, are discussed.
In der Röntgendiagnostik benutzt man zur Abbildung innerer Organe heute fast ausnahmslos den direkten Schattenwurf im Strahlenkegel einer punktartigen Strahlenquelle. Der ganz erhebliche Anteil der Röntgenstreustrahlung an der Gesamtstrahlung wird wegen des Fehlens einer Sammellinse für Röntgenstrahlung nicht zum Informationsgewinn verwendet. Durch die Anwendung teilweise absorbierender Schirme — sogenannter „codierter Aperturen" — wird es jetzt auch möglich mit großer Apertur Schattenbilder der streuenden Organe zu entwerfen, welche die Gestalt derselben zu rekonstruieren erlauben. Mehrere Laboratorien arbeiten bereits an der Anwendung der Barrettschen Zonenplattenholographie für die Darstellung von Radioisotopenverteilungen in der Nuklearmedizin. In diesem Beitrag soll von deren Anwendungsmöglichkeit auf die bildliche
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Darstellung mit Röntgenstreustrahlung die Rede sein. Das Prinzip einer ersten Abbildungsstufe eines solchen Verfahrens zeigt Bild 1.
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Objekt el-ri.-7V> i(iy) • odyltcdy)
Detektor Ebene «.y
im Ortstrequeniberefeti
Bild 1. Grundschema der Bildgewinnung mittels codierter Apertur
Die von dem Objekt in alle Richtungen ausgesandte Streustrahlung passiert im Abstand b eine
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codierte Apertur, hinter der im Abstand a ein registrierendes Medium, z. B. ein fotografischer Film, angeordnet ist. Die schattenwerfende Wirkung des Schirms wird in guter Näherung mathematisch durch die Faltung beschrieben [2]. Es sei o (xy) die vom Objekt herrührende Intensitätsverteilung in der Detektorebene, die dann entsteht, wenn man eine infinitesimal kleine Blende über die Ebene der codierten Apertur (ohne Codierung) bewegt. Andererseits sei c (xy) 'das Schattenbild der codierten Apertur, welches von einem strahlenden Objektpunkt in der Detektorebene entworfen wird. Dann errechnet sich die Intensitätsverteilung i (xy) als i (xy) « o (xy) * c (xy). Da beide Funktionen positiv definit sind, hat diese Operation den Charakter einer Verschmierung. Es ist also ein Informationsverlust zu erwarten. Die Informationsübertragung durch ein derartiges System wird durchsichtiger, wenn die Verhältnisse im Bereich der Ortsfrequenzen betrachtet werden. Dann wird nach dem Faltungstheorem aus der Faltung die Multiplikation und es gilt: I (f
f y)
=
O (f
f y) ' C (f
Es stellt sich nun die Auf gäbe, das Signalspektrum O in den Übertragungsbereich P zu verschieben (Bild 3). Dies geschieht durch Faltung von O mit einer punkthaften Funktion M (Bild 4). Man benützt dazu ein Modulationsgitter vor dem Objekt.
· » .· · / -/ Bild 3. Schematische Darstellung von Objekt- und Fresnelzonenplattenspektrum
M
fT (Fouritftransformatiofl) •H i h«
fy)
Zur Decodierung muß also die Verschmierung rückgängig gemacht werden. Dazu muß durch C (f x f y ) dividiert werden. An Nullstellen von C wird dies jedoch zumindest technisch problematisch. Barrett [1] schlug 1972 vor, als codierende Apertur einen exzentrischen Ausschnitt aus einer Fresnelzonenplatte zu benützen. Diese hat den Vorteil, daß damit die Decodierung von i (xy) besonders einfach wird: Da nun c das Hologramm eines Punktes ist, welches bei Durchleuchtung mit kohärentem Licht eben diesen Punkt zu rekonstruieren erlaubt, und jeder Objektpunkt nach Rekonstruktion wieder seinen Bildpunkt erzeugt, scheint diese Methode große Vorteile zu besitzen. Zur systemtheoretischen Analyse betrachten wir das Spektrum einer off-axis-Zonenplatte. Bild 2 zeigt das aus einem '.
Bild 4. Modulationsgitterund darüber dessen Spektrum
Zur Übertragung eines möglichst großen Frequenzbandes muß dann die Objektfunktion o (xy) mit der Modulationsgitterfunktion m (x) multipliziert werden. Die Modulationsgitterkonstante ergibt sich aus der Lage der Seitenbänder der off-axis-Zonenplatte und den geometrischen Konstanten der Aufnahmeordnung. BildS zeigt eine typische Anordnung mit systemtheoretischer Beschreibung. Vor dem Objekt o ist das Modulationsgitter m angeordnet. Im Abstand b befindet sich die Fresnelzonenplatte P. Das Schattenbild i (xy) wird dann im Abstand a entworfen. Dieses ergibt sich aus der Faltung von O (xy) · m (xy) mit P (xy).
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Bild 2. Ortsfrequenzspektrum der Fresnelzonenplatte
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Bild 5. Gewinnung des codierten Bildes mit off-axisZonenplatte und Modulationsgitter
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Bei der praktischen Anwendung von Abbildungssystemen dieser Art ist es nicht immer möglich, den Abstand zwischen Objektiv und Modulationsgittern beliebig klein zu machen.
gramm gestellt wurde. Die Konvergenz des Strahles war so bemessen, daß auch noch das bei paralleler Durchleuchtung imaginäre Bild der minus ersten Ordnung zu einem reellen Bild wurde.
Eine genauere Analyse zeigt, daß bezüglich der Abbildungsqualität ein dadurch verursachter verunschärfender Effekt vernachlässigt werden kann, er jedoch für die Dimensionierung des Gitters berücksichtigt werden muß.
Um den Bildpunkt der Modenblende herum entsteht so zwischen den beiden Rekonstruktionen ( + 1. und — 1. Ordnung) die Spektralzerlegung des Pseudohologrammes mit seinen charakteristischen Seitenbändern. Die dadurch gegebene Möglichkeit der Ortsfrequenzfilterung wurde ausgenutzt. Nach der Ortsfrequenzfilterung wurde das Strahlenbündel durch das Prisma zur optischen Achse hin ausgerichtet und mit Hilfe einer Zerstreuungslinse auf das Format der Polaroidkamera (8 10 cm) vergrößert.
Zur versuchsweisen Realisierung von Röntgenstreustrahlenaufnahmen nach dem beschriebenen Konzept wurde die auf Bild 6 schematisierte Anordnung verwendet. Mittels einer Diagnostikröhre wurde das abzubildende Objekt angestrahlt. Die Röhrenspannung betrug dabei 60 kV, der Röhrenstrom 400 mA. Von der Sekundärstreustrahlung, die von dem Objekt in alle Richtungen emittiert wird, passierte ein Teil etwa unter 90 ° gegenüber dem Primärstrahlenbündel das Modulationsgitter. Dieses bestand aus teilweise mit 0,5 mm Bleifolie belegtem Plexiglas mit einer Gitterkonstanten von 1,8 mm. Hinter dem Gitter war die exzentrische Fresnelzonenplatte von ähnlicher Bauart wie das Gitter angeordnet. Die Apertur der Fresnelzonenplatte betrug 18 cm bei einem kleinsten Zonenabstand von 0,35 mm. Das Pseudohologramm wurde dann als Schattenbild auf einen fluoreszenzfolienverstärkten Film geworfen. Der Abstand zwischen Objekt und Modulationsgitter betrug 5 cm, die Abstände zwischen Gitter und Fresnelzonenplatte, sowie Fresnelzonenplatte und Film, waren jeweils 15 cm. Modulation·· Güter
Euentrische FretnelzonenPlatte
Pseudo Hologramm (verkleinert) Kollimator Mikroskop objektiv Ortsfrequenzfilter Laser
Bild 7. Schema der Bildrekonstruktion mit Ortsfrequenzfilterung und Nachvergrößerung
r^Roentgenstreustrahlenbüder -~' ~~— " ~~ mit ~" ·Fresnelzonen · · holographie
(Objekte:
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PseudoHologramm
Röntgenröhre
Bild 6. Schema der Röntgenstreustrahlenaufnahme mit Fresnelzonenplatten-Pseudoholographie
Die Anordnung zur Rekonstruktion ist schließlich auf Bild 7 wiedergegeben. Zur Rekonstruktion der Strahlungsverteilung wurde der Röntgenfilm auf ca. 5 mm verkleinert und als Diapositiv in ein kohärent-optisches System eingesetzt. Ein He-NeLaser lieferte einen Parallelstrahl, der durch ein Mikroskop-Objektiv auf die Modenblende (Pinhole) f okussiert wurde. Die Modenblende, welche aus der gesamten Laserstrahlung nur einen kleinen räumlichen Winkel hindurchläßt, ist zur Herstellung einer ausreichenden räumlichen Kohärenz erforderlich. Ein hochwertiger Kollimator erzeugte hinter der Modenblende ein leicht konvergentes Strahlenbündel, in welches das verkleinerte Pseudoholo-
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Plexiglasprisma Menschlicher Rückenwirbel Seitenansicht^
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Rekonstruktionen der Fresnelzonenhologramme:
Bild 8. Röntgenstreustrahlenbilder mit Fresnelzonen-Pseudoholographie. Lichtbilder der dargestellten Objekte in der oberen Bildzeile
Einige auf diese Weise erhaltenen Röntgenstreustrahlenbilder sind auf Bild 8 zusammen mit ihrer Auflichtfotografie wiedergegeben: Ein Plexiglas-
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prisma mit einer zylindrischen Bohrung und ein Literatur menschlicher Wirbelknochen in Seitenansicht und [1] Barrett, H.H., D.T. Wilson, G.D. DeMeester and in Draufsicht. — Die Gleichkomponente wird in den H. Scharf mann: Fresnel Zone Plate Imaging in Radiology and Nuclear Medizine. Opt. Eng. Vol. 12, Rekonstruktionen gut wiedergegeben. Der von der No. l (1973), 8—12. primären Einstrahlungsrichtung ausgehend lang[2] Goodman, J.W.: Introduction to Fourier Optics. sam abnehmende Sekundärstrahlungsverlauf ist McGraw Hill Book Comp. (1968). deutlich zu erkennen. Es ist in den Pseudoholo305 grammen grundsätzlich auch die .Tiefeninformation Anschrift der Verfasser: enthalten, so daß also auf verschiedene Schichten Dr. rer. nat. A. Ganssen Siemens AG, ÜB Med. Technik in der Tiefe scharf eingestellt werden kann. Henkestraße 127 8520 Erlangen H. Platzer Institut für Nachrichtentechnik der TU München Arcisstraße 21
Herrn H. Lübker (Siemens AG ÜB Med, Erlangen) danken wir für die Ausführung der Röntgenstreustrahlenaufnahmen. Herrn J. Hofer (Institut für Nachrichtentechnik, TU München) für die Mitarbeit bei der Rekonstruktion der Pseudohologramme.
Kurzberichte Unter „Kurzberichte" werden Arbeiten veröffentlicht, die in ihrem Umfang 2 Schreibmaschinenseiten (IVs-zeilig) einschließlich Literatur und Bildmaterial (nur Strichzeichnungen) nicht überschreiten. Eine Veröffentlichung wird innerhalb von 3 Monaten erfolgen.
Messungen und Modelle zur Analyse des Tremor
Am 24. 5.1975 fand im Rahmen der „Medizin-Technik 1975( eine rund dreistündige Workshop-Diskussion über Tremorphänomene mit Teilnehmern aus dem medizinischen Bereich (7) und aus technischnaturwissenschaftlichen Bereichen (4) statt. Stichwortartig sollen einige der besprochenen Fragen und der Ergebnisse berichtet sowie Ausblicke für die künftige Arbeit wiedergegeben werden. Die Auswertung eines den Teilnehmern vorgelegten Fragebogens wurde hierbei ebenfalls berücksichtigt. Die Diskussion brachte deutlich zum Ausdruck, daß eine kaum überschaubare Vielfalt von Tremorphänomenen zu beobachten dstMan kann von „dem Tremor" sicher nicht sprechen. Es besteht aber der Wunsch, aus den Tremorphänomenen Maßgrößen unter folgenden Gesichtspunkten zu gewinnen: 1. Im medizinischen Bereich könnte eine Tremoranalyse ein wichtiges Hilfsmittel werden. Wahrscheinlich sind bestimmte Tremorarten voneinander unterscheidbar. Wegen der komplexen Zusammenhänge ist eine Differentialdiagnose nicht in allen Fällen möglich. Ähnliches gilt für die Feststellung eines Therapie-Verlaufs. 2. Eine laufende Kontrolle der Tremorschwingungen während eines neurochirurgischen Eingriffs wurde besonders dringend gewünscht. 3. Zur Beurteilung von Auswirkungen auf das ZNS durch Pharmakaeinwirkung oder -entzug sollen Tremorphänomene herangezogen werden.
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4. In der Ergonomie wird versucht, die Tremoranalyse zur Bruteilung von mentaler Belastung, Ermüdung, Tagesrhythmen, Drogen und Vergiftungserscheinungen zu benutzen. Auch bei der Personalauswahl für bestimmte feinmotorische Arbeiten dient der Tremor als Anhaltspunkt. Eine Anwendung der Analyse .kann jedoch nur dann erfolgen, wenn die Erfassung der Phänomene quantitativ und reproduzierbar möglich ist. Die quantitative Tremormetrie steht aber gerade erst am Anfang. Meßtechnische Überlegungen Als Meßgrößen werden verwendet: Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft und Elektromyogramme als Funktion der Zeit. Die Aufnehmer sind an die Gegebenheiten des Körperteils (Finger, Hand, Arm, Schulter, Kopf, Bein) anzupassen. Eine wohldefinierte Positionierung des schwingenden Gliedmaßes ist eine Grundvoraussetzung für eine eindeutige und reproduzierbare Messung. Es zeigte sich, daß jeder Teilnehmer eine andere Meßanordnung verwendet hatte, wodurch die Ergebnisse kaum untereinander vergleichbar sind. Hier wurde sowohl für die Meßanordnung wie bezüglich der Aufnehmer und Verstärker der Wunsch nach einer Vereinheitlichung deutlich. Signalauswertung Einige der rhythmischen Tremorarten lassen sich quantitativ nach Amplitudenmaßen und nach Frequenzanteilen auswerten. Auch hier ist erst ein Anfang gemacht worden. Bei pathologischen Tremorarten wurde besonders auf die Notwendigkeit einer Analyse im Zeitbereich hingewiesen, da die zugrundeliegenden reflektorischen , Mechanismen äußerst komplex und der Beschreibung im Fre-
