Speicherleuchtschirm mit einem stimulierbaren Speicherleuchtstoff

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Speicherleuchtschirm (1) mit einem stimulierbaren Speicherleuchtstoff (3) für die latente Speicherung von Röntgenstrahlenbildern, bei dem die Auslesung der Röntgenstrahlenbilder durch Anregung mittels Strahlen (2) einer ersten Wellenlänge erfolgt, worauf Strahlen (9 bis 11) einer zweiten Wellenlänge emittiert werden, die von Detektormitteln erfaßt werden. Die Seitenflächen (6) des Speicherleuchtschirmes (1) bilden einen Winkel (7) zu einer seiner Stirnflächen (5), der kleiner als 90° ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Speicherleuchtschirm mit einem stimulierbaren Speicherleuchtstoff für die latente Speicherung von Röntgenstrahlenbildern, bei dem die Auslesung der Röntgenstrahlenbilder durch Anregung mittels Strahlen einer ersten Wellenlänge erfolgt, worauf Strahlen einer zweiten Wellenlänge emittiert werden, die von Detektormitteln erfaßt werden. Ein derartiger Speicherleuchtschirm ist beispielsweise aus der EP-A-0 369 049 bekannt.

[0002] Derartige Speicherleuchtschirme werden bei Bildaufnahmevorrichtungen verwendet, wie sie beispielsweise in der DE-C-23 63 995 beschrieben ist. In einer derartigen Röntgendiagnostikeinrichtung wird als strahlenempfindlicher Wandler ein Speicherleuchtschirm aus einem Lumineszenz-Speicherleuchtstoff verwendet, der mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird. Dadurch werden in dem Speicherleuchtstoff entsprechend der auftreffenden Strahlstärke Defektelektronen erzeugt, die in Potentialfallen (Traps) mit höherem Energieniveau gespeichert werden, so daß in dem Speicherleuchtschirm ein latentes Röntgenstrahlenbild enthalten ist.

[0003] In einer Auslesevorrichtung wird die ganze Fläche dieses Speicherleuchtschirmes als Vorlage von einer zusätzlichen Strahlenquelle, dies kann beispielsweise ein Laser sein, bildpunktweise zum Leuchten angeregt. Durch die stimulierenden Strahlen mit einer ersten Wellenlänge werden die in den Traps gespeicherten Elektronen im Energieniveau angehoben und können in niedrigere Energieniveaus zurückfallen, wobei die Energiedifferenz in Form von Lichtquanten abgestrahlt wird. Dadurch emittiert der Speicherleuchtstoff Licht einer zweiten Wellenlänge in Abhängigkeit von der in dem Speicherleuchtstoff gespeicherten Energie. Das auf Grund der Stimulation emittierte Licht wird detektiert und sichtbar gemacht, so daß das in dem Speicherleuchtstoff derart latent gespeicherte Röntgenstrahlenbild auslesbar ist.

[0004] Als Problem zeigt sich hierbei, daß der Speicherleuchtstoff für das Laserlicht nicht ausreichend transparent ist. Um ausreichende Röntgenquantenabsorptionen erzielen zu können, benötigt man eine Mindestdicke des Speicherleuchtstoffes. Im Falle eines nichttransparenten, dicht gepreßten oder gesinterten Leuchtstoffes wird der Laserstrahl durch den Leuchtstoff so stark geschwächt, daß die Eindringtiefe des Laserstrahles zu gering ist. Da die Energie nicht mehr ausreicht, die Defektelektronen auf das für die Rekombination erforderliche Energieniveau anzuheben, können die in den tieferen Schichten gespeicherten Informationen nicht mehr ausgelesen werden.

[0005] In der EP-A-0 369 049 ist ein Speicherleuchtschirm beschrieben, bei dem der Speicherleuchtstoff im Hochvakuum auf einen Träger aufgedampft und in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum getempert oder unter Vakuum und/oder Erwärmung gepreßt wird. Es besteht auch die Möglichkeit, transparente Speicherleuchtstoff-Einkristalle durch Pressen gemäß dem in der europäischen Patentanmeldung 90 10 2431.5 beschriebenen Verfahren auf die für medizinische Diagnostik erforderliche große Fläche umzuformen. Die letztgenannten Verfahren liefern transparente Speicherleuchtstoffplatten. Der Vorteil der Transparenz ist, daß der auslesende Laserstrahl in dem Speichermedium nicht durch Streuung an Körnern des Materials aufgefächert werden kann. Die Verbreiterung des Auslesestrahles durch Streuung verschlechtert die Modulationsübertragungsfunktion des gesamten Systems erheblich. Durch die Verwendung eines transparenten Speicherleuchtstoffes, hergestellt beispielsweise durch Pressen des Leuchtstoffpulvers, wird die Verbreiterung des Laserstrahles beim Durchstrahlen des Speichermediums stark vermindert.

[0006] Viel stärker als bei den nichttransparenten Schichten mit diffusen Reflexionen stellt sich hier das Problem der gerichteten Reflexion an den Grenzflächen der Speicherleuchtstoffschicht. Anhand der FIG 1 wird nun diese Problematik näher erläutert. In dem Speicherleuchtschirm 1, der beispielsweise aus einem Träger und einem darauf aufgetragenen Binder mit Speicherleuchtstoff oder aber auch aus einem Einkristall bestehen kann, dringt zur bildpunktweisen Auslesung des Röntgenbildes der anregende Strahl 2 mit einer ersten Wellenlänge ein. Dort trifft er auf den Speicherleuchtstoff 3, der durch seine Anregung Strahlen 4 einer zweiten Wellenlänge mit kugelsymmetrischer Verteilung emittiert. Es werden also alle Winkel zur Grenzfläche eingenommen.

[0007] Da jedoch der Brechungsindex n des Speicherleuchtstoffes in jedem Fall höher ist, als der von Luft oder Vakuum (n' = 1), findet ab einem bestimmten Auftreffwinkel des Lumineszenzlichtes auf die Grenzfläche eine Totalreflexion statt, wie dies anhand der FIG 2 näher erläutert wird. Nur ein Teil des Lichtes kann aus der gewünschten Austrittsfläche austreten.

[0008] Bei der Totalreflexion berechnet sich allgemein der Grenzwinkel e aus


Der Raumwinkel, unter dem ein Austritt stattfindet, ist R = 2 Pi(1-cos e). Für den transparenten Speicherleuchtstoff RbBr mit einem Brechungsindex von n = 1,55 erhält man einen Grenzwinkel der Totalreflexion von 40,18°, der Raumwinkel beträgt dann 1,48255 sr, das sind nur 11,8% des Vollraumes 4 Pi. Somit treten aus der gewünschten Austrittsfläche nur 11.8% des Lumineszenzlichtes aus. Ist die gegenüberliegende Fläche mit einer Beschichtung versehen, die im Wellenlängenbereich des Lumineszenzlichtes als Spiegel wirkt, so kann der Anteil, der über diese Fläche austreten würde, auf die gewünschte Austrittsfläche reflektiert werden. So ist der Anteil des hier anzustrebenden Lichtes im Idealfall zu verdoppeln. Das sind aber trotzdem erst im günstigsten Fall 23,6%.

[0009] Stehen die Seitenflächen senkrecht zu den Stirnflächen, dann tritt über die Seitenflächen nochmal der gleiche Anteil aus, da alle Lichtstrahlen, die an der Stirnfläche total reflektiert wurden, unter einem Winkel von 90° - e auf die Seitenflächen treffen.

[0010] Dies verdeutlichen insbesondere die in FIG 3 dargestellten geometrischen Gegebenheiten. Ein erster Strahl a der Strahlen 4 fällt unter einem Winkel von α₁ = 45° auf eine erste Stirnfläche 5 und wird, da der Winkel größer als der Grenzwinkel e = 40,18° ist, total reflektiert. Der reflektierte Strahl a' fällt unter einem Winkel α₂ = α₁ = 45° auf eine der Seitenflächen 6, so daß er auch hier reflektiert wird.

[0011] Ist der Winkel wie im Falle des Strahles b größer als etwa 50°, so trifft der Strahl b unter einem Winkel von β₁ auf die Stirnfläche 5 und wird dort total reflektiert. Auf die Seitenfläche trifft er unter einem Einfallswinkel β₂ auf, der kleiner als 40° ist, so daß dieser Strahl b' gebrochen aus dem Speicherleuchtschirm 1 austreten kann.

[0012] Nur der Vollständigkeit halber wird ein Strahl c gezeigt, der mit einem Einfallswinkel γ₁ = 30° < e = 40,12° auf die Stirnfläche 5 auftrifft und aus dieser Stirnfläche 5 unter einem Brechungswinkel von γ₂ = 50,8° austritt.

[0013] Aufgrund dieser Ausführungen wird klar, daß ein Teil des im Speicherleuchtschirm 1 emittierten Lichtes durch Totalreflexionen nicht aus dem Speicherleuchtschirm austreten kann.

[0014] Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Speicherleuchtschirm der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Großteil des emittierten Lichtes aus dem Speicherleuchtschirm ausgekoppelt und auf den Detektor geleitet wird.

[0015] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Seitenflächen des Speicherleuchtschirmes einen Winkel zu einer seiner Stirnflächen bilden, der kleiner als 90° ist. Dadurch wird der Anteil der emittierten Strahlung, der beim Austreten aus dem Speichermedium aufgrund von Totalreflexionen im Speicherleuchtschirm zurückgehalten wird, verringert.

[0016] Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, daß der Winkel etwa 60° beträgt. Durch diesen Aufbau ergibt sich ein trapezförmiger Querschnitt des Speicherleuchtschirmes. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Speicherleuchtstoffes ein gleichseitiges Trapez bildet. Der erfindungsgemäße Speicherleuchtschirm läßt sich insbesondere bei einem Speicherleuchtstoff verwenden, der mindestens im Bereich der zweiten Wellenlänge transparent ist.

[0017] Das gesamte ausgekoppelte Licht läßt sich vollständig erfassen, wenn an den Seiten des Speicherleuchtschirmes schräg stehende Spiegel angebracht sind, die das an den Seitenflächen des Speicherleuchtschirmes austretende Licht in Richtung auf den Detektor lenken. Total reflektiertes Licht kann zumindest teilweise austreten, wenn die Seitenflächen des Speicherleuchtschirmes diffus verspiegelt sind. Dies kann durch einen Reflektorpulver, beispielsweise TiO₂, bewirkt werden.

[0018] Eine gute Kopplung des Detektors mit dem Speicherleuchtschirm wird erreicht, wenn auf diesem ein Medium aufgetragen ist, das den Speicherleuchtschirm mit dem Detektor koppelt und das einen gleichen oder höheren Brechungsindex als der Speicherleuchtstoff aufweist. Dadurch werden Totalreflexionen vermieden. Als besonders vorteilhaft hierzu erweist sich ein optisches Imersionsöl.

[0019] Die Erfindung ist nachfolgend anhand Von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

FIG 1 bis 3

einen Speicherleuchtschirm nach dem Stand der Technik zur Erläuterung der geometrischen Gegebenheiten,

FIG 4 bis 6

verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen des Speicherleuchtschirmes und

FIG 7

ein erfindungsgemäßer Speicherleuchtschirm mit angekoppelten Detektormitteln.

[0020] In der FIG 4 ist der erfindungsgemäße Speicherleuchtschirm ausschnittsweise dargestellt, bei dem die Hauptfläche 5 und die eine Seitenfläche 6 einen Winkel 7 bildet. Dieser Winkel 7 kann dabei jeden Wert von < 90°, vorzugsweise 10° bis 80°, einnehmen. In unserem Beispiel wurde ein Winkel 7 von 60° gewählt.

[0021] Zur Erläuterung der Erfindung werden die gleichen Gegebenheiten wie in FIG 3 verwendet. Der Strahl a fällt wiederum unter einem Winkel α₁ auf eine Stirnfläche 5 und wird dort total reflektiert. Auf die nunmehr schräge Seitenfläche 6 fällt der Strahl a' unter einem Winkel α₃ von 45° - 30° = 15°, der kleiner als der Grenzwinkel e ist. Somit kann der Strahl a' gebrochen nunmehr aus dem Speicherleuchtschirm 1 austreten. Der Strahl b, der unter einem Einfallswinkel β₁ auf die Stirnfläche auftrifft, fällt nunmehr unter einem Winkel von β₃ = 0° auf die Seitenfläche 7 und wird ungebrochen durchgelassen.

[0022] Durch einen derartigen Speicherleuchtschirm wird also das an allen Grenzflächen von Speicherleuchtschirm zum äußeren Medium, der Luft, total reflektierte Licht an einer anderen Fläche durchgelassen, so daß es dort von entsprechend angeordneten Detektoren erfaßt werden kann. Hierzu können beispielsweise mehrere Detektoren vorgesehen sein, die den einzelnen Flächen 5 und 6 zugeordnet sind.

[0023] Auf der Rückseite des Speicherleuchtschirmes 1, der Seite, an dem der Strahl 2 aus dem Speicherleuchtschirm 1 austritt, kann eine Anti-Reflexionsschicht angebracht sein, die eine Reflexion des Strahles 2 an der Übergangsschicht verhindert. Dadurch tritt der Strahl 2 ungehindert und ohne Reflexion aus. Im Speicherleuchtschirm 1 regt der Strahl 2 bildpunktweise den Leuchtstoff 3 an, der Strahlen 4 emittiert. Der Detektor, der das emittierte Licht empfängt, kann hierbei entweder auf der Vorderseite des Speicherleuchtschirmes, der Seite des Eintrittes des Strahles 2 in den Speicherleuchtschirm 1, oder auf der Rückseite des Speicherleuchtschirmes 1 zum Empfang der Strahlen 4 angeordnet sein. Es können aber auch zwei Detekoren beidseitig des Speicherleuchtschirmes 1 vorgesehen sein. Auf der Vorderseite des Speicherleuchtschirmes 1 kann noch eine breitbandige Entspiegelungsschicht vorgesehen sein, damit der anregende Strahl 2 möglichst vollständig in den Speicherleuchtschirm 1 eingekoppelt werden kann und die emittierten Strahlen 4 möglichst vollständig austreten können.

[0024] In FIG 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Speicherleuchtschirmes 1 dargestellt, der in Reflexion ausgelesen wird. Auf der Rückseite des Speicherleuchtschirms 1 ist ein wellenlängenselektiver Spiegel 8 angebracht, der für die Strahlen 2 der ersten Wellenlänge eine Anti-Reflexionsschicht und für die Strahlen 11 der zweiten Wellenlänge eine Reflexionsschicht bildet. Dadurch gelangen nicht nur die Strahlen 9 sondern auch die Strahlen 11 auf die Seite des Detektors. An der Stirnfläche, an der der wellenlängenselektive Spiegel 8 angebracht ist, sind seitlich Spiegel 12 befestigt, die die aus den Seitenflächen 6 austretenden Strahlen 10 in Richtung auf den Detektor reflektieren, so daß nur ein Detektor ausreicht, um sämtliche emittierten Strahlen 9 bis 11 zu erfassen. Auch bei dieser Anordnung ist der Speicherleuchtschirm 1 mit einer Entspiegelungsschicht 13 versehen.

[0025] In FIG 6 ist eine weitere Ausführungsform des Speicherleuchtschirmes 1 dargestellt, bei dem die Auslesung in Transmission, d.h. auf der Rückseite des Speicherleuchtschirmes 1, erfolgt. In diesem Falle ist der Speicherleuchtschirm 1 auf der Eintrittsseite der Strahlen 2 mit einem wellenlängenselektiven Spiegel 8 versehen, der für den Strahl 2 als Entspiegelungsschicht und für die emittierten Strahlen 11 als Reflexionsschicht wirkt. Die rückwärtige Stirnseite 5 des Speicherleuchtschirmes 1 ist mit einer Anti-Reflexschicht 13 versehen, so daß sowohl der Strahl 2 als auch die Strahlen 9 und 11 unreflektiert aus dem Speicherleuchtschirm 1 heraustreten und vom Detektor vollständig erfaßt werden können.

[0026] Auch hier sind an der Stirnfläche 5 des Speicherleuchtschirmes 1, an der der wellenlängenselektive Spiegel 8 angebracht ist, in diesen Fall der Eintrittseite der Strahlen 2, seitlich Spiegel 12 angebracht, die die aus der Seitenflächen 6 austretenden Strahlen 10 in Richtung auf den Detektor leiten, so daß auch hier alle Strahlen 9 bis 11 von dem Detektor erfaßt werden können.

[0027] Zur besseren Ankopplung des Detektors an den Speicherleuchtschirm 1 kann, wie in FIG 7 dargestellt ist, der Speicherleuchtschirm 1 durch eine Schicht 14 eines Mediums beschichtet sein, die in direktem Kontakt mit den Detektormitteln, die beispielsweise aus einem Filter 15 oder Lichtleitmitteln und einem flächenförmigen Detektor 16 bestehen. Der Speicherleuchtschirm 1 kann dabei, wie auch FIG 7 zu entnehmen ist, den in FIG 6 dargestellten Aufbau aufweisen. Wie weiterhin FIG 7 zu entnehmen ist, kann auch der Raum zwischen den Seitenwänden 6 des Speicherleuchtschirmes 1 und den seitlich angebrachten Spiegeln 12 von der Schicht 14 mit dem Medium ausgefüllt sein.

[0028] Dieses Medium muß im Wellenlängenbereich der Strahlen zweiter Wellenlänge eine hohe optische Transmission und einen gleichen oder höheren Brechungsindex als der Speicherleuchtstoff aufweisen. Solche Materialien für das Medium sind beispielsweise optische Imersionsöle, wie sie in Lichtmikroskopen Verwendung finden. Dadurch wird erreicht, daß an der Austrittsfläche zum Detektor überhaupt keine Totalreflektion stattfindet.

[0029] Anstelle des in FIG 7 dargestellten flächenförmigen Detektors 6 kann der Detektor auch aus einem flächenförmigen Lichtleiter bestehen, an den wenigstens ein zeilenförmiger Detektor eingebracht ist. Auch können die Detektormittel nur zeilenförmig angeordnet sein, wenn zur flächenförmigen Abtastung der Speicherleuchtschirm 1 über diese Zeile bewegt wird.

[0030] Als Speicherleuchtstoff für den Speicherleuchtschirm 1 kann beispielsweise eine transparente Platte aus Rubidiumbromid (RbBr) verwendet werden, das im Verhältnis 0,01 bis 1 Mol-% mit Thalliumbromid (TlBr) dotiert ist. Die Auslesung der gespeicherten Information kann durch einen Strahl 2 eines HeNe-Laser der Wellenlänge 633 nm erfolgen. Die emittierten Strahlen 9 bis 11 weisen dabei eine Wellenlänge von 400 bis 420 nm auf. Der Laserstrahl 2 ist beispielsweise auf eine Breite von 50 µm fokussiert. Der Detektor und der Laser befinden sich auf derselben Seite des Speicherleuchtschirmes 1, so daß die Auslesung in Reflexion erfolgt. Die andere Seite des Speicherleuchtschirmes wird im Hochvakuum mit einem wellenlängenselektiven Spiegel 8 bedampft, der eine hohe Transmission für elektromagnetische Strahlen der Wellenlänge 633 nm (beispielsweise > 99%) aufweist und der gleichzeitig eine hohe Reflexion für einen Wellenlängenbereich von 400 bis 420 nm hat (beispielsweise > 90%). Ein solcher Strahlenteiler kann z.B. aus einem Mehrschichtensystem von Kryolith Na₃AlF₆ und ZnS bestehen. Die Anzahl und die Gitterschichten müssen auf die zu separierenden Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung optimiert sein.

[0031] Dadurch erhält man einen Speicherleuchtschirm 1, der durch seinen erfindungsgemäßen Aufbau bewirkt, daß sämtliche von dem Speicherleuchtstoff emittierten Strahlen, die auf die Grenzfläche gelangen, aus dem Speicherleuchtschirm 1 ausgekoppelt werden, so daß sie entweder durch mehrere Detektoren erfaßt oder durch die Spiegel 12 auf einen Detektor geleitet werden. Durch die Verwendung eines transparenten Speicherleuchtstoffes weist der Speicherleuchtschirm 1 eine hohe Röntgenquantenabsorption bei hoher Abbildungsschärfe und guter Modulationsübertragungsfunktion auf. Durch die Verwendung von Oberflächenvergütungsschichten 8 und 13 werden störende Einflüssen von Reflexionen vermieden.

Ansprüche

1. Speicherleuchtschirm (1) mit einem stimulierbaren Speicherleuchtstoff (3) für die latente Speicherung von Röntgenstrahlenbildern, bei dem die Auslesung der Röntgenstrahlenbilder durch Anregungs mittels Strahlen (2) einer ersten Wellenlänge erfolgt, worauf Strahlen (4, 9 bis 11, a, b, c) einer zweiten Wellenlänge emittiert werden, die von Detektormitteln (15, 16) erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (6) des Speicherleuchtschirmes (1) einen Winkel (7) zu einer seiner Stirnflächen (5) bilden, der kleiner als 90° ist.

2. Speicherleuchtschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (7) etwa 60° beträgt.

3. Speicherleuchtschirm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Speicherleuchtschirmes (1) trapezförmig ist.

4. Speicherleuchtschirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Speicherleuchtschirmes (1) ein gleichseitiges Trapez bildet.

5. Speicherleuchtschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherleuchtstoff mindestens im Bereich der zweiten Wellenlänge transparent ist.

6. Speicherleuchtschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seiten des Speicherleuchtschirmes (1) schrägstehende Spiegel (12) angebracht sind, die das an den Seitenflächen (6) des Speicherleuchtschirmes (1) austretende Licht in Richtung auf die Detektormittel (15, 16) lenken.

7. Speicherleuchtschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (8) des Speicherleuchtschirmes (1) diffus verspiegelt sind.

8. Speicherleuchtschirm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Seitenflächen (6) des Speicherleuchtschirmes (1) ein Reflektorpulver, beispielsweise TiO₂, aufgetragen ist.

9. Speicherleuchtschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Speicherleuchtschirm (1) eine Schicht (14) eines Mediums aufgetragen ist, das den Speicherleuchtschirm (1) mit den Detektormitteln (15, 16) koppelt und das einen gleichen oder höheren Brechungsindex als der Speicherleuchtstoff (3) aufweist.

10. Speicherleuchtschirm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Medium ein optisches Imersionsöl ist.

Zeichnung