DE3876806T2

DE3876806T2 - Verfahren zum auslesen von phosphorbildern.

Info

Publication number: DE3876806T2
Application number: DE8888906367T
Authority: DE
Inventors: Raymond Whiting
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1987-06-18
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2008-06-11
Also published as: EP0371987A1; WO1988010435A1; JPH03500690A; DE3876806D1; EP0371987B1; US4837436A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Auslesen von Strahlungsbildern aus Phosphorspeicherschirmen und insbesondere ein Verfahren zum Auslesen aus Phosphorspeicherschirmen, das den Bereich der genau meßbaren Bildintensitäten erweitert.
Es ist bekannt, daß die Streuung einer von einer Werkstoffprobe ausgehenden Hochenergiestrahlung Aussagen über die atomare Struktur des Werkstoffs liefern kann. Diese Strahlung kann als Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Kathodenelektronen oder dergleichen vorliegen. Wenn ein solches Strahlenbündel auf eine Probe fällt, wird ein Beugungsmuster reflektierter Strahlung erzeugt, dessen räumliche Intensitätsverteilung von der Wellenlänge der Strahlung und der Art und Lage der Atome im Werkstoff abhängt. Wenn es sich bei der Probe um einen Einkristall mit geordneter Orientierung handelt, besteht das Beugungsmuster aus einem Punktmuster, das einer Projektion des reziproken Kristallgitters entspricht. Bei einer weiteren wichtigen Probenkathegorie, nämlich den Proben ungeordneter Orientierung - polykristalline, amorphe oder pulverförmige Proben -besteht das Beugungsmuster aus einer Reihe konzentrisch zum einfallenden Strahlenbündel angeordneter Kegel. In beiden Fällen kann eine Analyse der Lage und Intensität der einzelnen Bestandteile des Beugungsmusters (Punkte oder Liniensegmente), für die man in der Regel Hochleistungs- Digitalrechner verwendet, Aussagen über die atomare Struktur des Werkstoffs liefern. Um Aussagen hoher Qualität zu erhalten, muß die Lage der einzelnen Bestandteile des Beugungsmusters genau bekannt sein. Das erfordert ein angemessenes Auflösungsvermögen des Sensors und eine genaue Bestimmung der Intensität in den einzelnen Bestandteilen des Beugungsmusters. Da Statistiken über die zu einem Bestandteil eines Beugungsmuster beitragenden Quanten mit Unsicherheiten behaftet sind, erfordert eine genaue Intensitätsbestimmung sowohl eine Bestrahlung, die stark genug ist, um ein angemessenes Quantenrauschen zu gewährleisten, als auch ein gutes Signal-Rausch Verhältnis im Sensor, um diese Genauigkeit ohne Qualitätsverlust aufrechtzuerhalten. Für viele Beugungsmuster ist es außerdem im hohne Maße wünschenswert, Daten über einen möglichst großen Bereich erfassen zu können. Aufgabe eines Beugungssensors ist es daher, die Lage und die Intensität dieses Beugungsmusters mit angemessener Genauigkeit zu bestimmen und die für die Analyse erforderlichen digitalen Daten zu liefern.
Zu den besonders häufig verwendeten Detektoren für Beugungsmuster gehört Fotofilm. Wenn der Film direkt einer Hochenergiebestrahlung ausgesetzt wird, entsteht ein latentes Bild, das der eingestrahlten Energie proportional ist, so daß die Dichte der entwickelten Körner als Maß für die Intensität der Strahlung verwendet werden kann. Durch Messen der optischen Dichte als Funktion der Lage auf dem bestrahlten Fotofilm wird das Beugungsmuster aufgezeichnet. Eine Analyse der einzelnen Bestandteile des Beugungsmusters (Punkte oder Liniensegmente) liefert dann Aussagen über den atomaren Aufbau der Probe. Obwohl direkt bestrahlter Film sich durch ein sehr gutes räumliches Auflösungsvermögen auszeichnet und für die Aufzeichnung großer Bereiche geeignet ist, hat dieses Verfahren verschiedene Nachteile. Weil der Firm nicht alle einfallenden Röntgenquanten absorbiert und ein verhältnismäßig starkes Untergrundrauschen in der Form von Schleiern aufweist, ist Fotofilm als Sensor nicht empfindlich genug, d.h. um ein lesbares Bild zu erhalten, muß die Probe mit hohen Strahlungsdosen beaufschlagt werden. Bei Versuchen, die Empfindlichkeit des Films durch die Verwendung von Verstärkungsschirmen zu verbessern, hat es sich als schwierig erwiesen, die nötige Intensitätseichung aufrechtzuerhalten. Der Bereich, in dem sich die Dichte linear zur Bestrahlung verhält, ist bei Fotofilm begrenzt, in der Regel auf weniger als zwei Größenordnungen, so daß erheblich voneinander abweichende Intensitäten nicht auf dem gleichen Filmstück gemessen werden können.
Häufig werden die Filme daher stapelweise eingesetzt, wobei dann jeder Film einen anderen Strahlungsbereich abdeckt. Das Zusammenführen der Daten der verschiedenen Filme ist jedoch ein zeitraubender Vorgang. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß der Film naß entwickelt werden muß. Schließlich muß der Film auch noch mit einem Densitometer abgetastet werden, um die Werte für die Dichte in digitale Daten umzusetzen, damit für die Analyse Rechner verwendet werden können - ein zeitraubender Zwischenschritt.
Für die Messung von Beugungsmustern sind verschiedene elektronische Detektoren verwendet worden, wie z. B. ladungsgekoppelte Vorrichtungen, drahtgebundene Proportionalzähler, Scintillatoren und dergleichen. Solche Detektoren zeichnen sich durch eine effiziente Absorption der Strahlungsquanten und geringes Rauschen aus. Sie können daher empfindlicher sein als Fotofilm und digitale elektronische Daten direkt erzeugen. Der Intensitätsbereich, und somit die Möglichkeit einer gleichzeitigen Aufzeichnung starker und schwacher Intensitäten, ist jedoch in der Regel durch Signalsättigung oder Begrenzungen der Zählgeschwindigkeit eingeschränkt. Außerdem sind elektronische Detektoren relativ klein und können infolgedessen jeweils nur einen kleinen Bereich erfassen. Für eine vollständige Abtastung muß der elektronische Detektor bewegt werden, bis er nacheinander den gesamten Bereich eines Beugungsmusters erfaßt hat, was eine Verlängerung der Bestrahlungszeit zur Folge hat. Neuerdings werden auch positionsempfindliche Detektoren verwendet, die die Lage der Quanten längs einer Linie statt punktweise messen, aber auch solche Detektoren müssen bewegt werden, um einen ganzen Bereich zu erfassen. Die bisher bekannt gewordenen echten elektronischen Fläschendetektoren sind ungeeignet, weil sie zu wenig aktive Elemente aufweisen. Entweder ist die Fläche zu klein (ladungsgekoppelte Vorrichtungen oder Photodioden), oder die Auflösung reicht nicht (Drahtgitterdetektoren oder Bildverstärker).
Elektronische Detektoren erfahren also wegen ihrer begrenzten relativen Größe und Zählrate Geschwindigkeitseinschränkungen und neigen zu einem begrenzten Empfindlichkeitsspielraum.
Angesichts dieser, durch den Stand der Technik bedingten Begrenzungen erfordert die Erfassung genauer Daten wegen der erforderlichen starken Bestrahlung oft viel Zeit, manchmal Stunden oder sogar Tage. Um diese Zeit zu verkürzen, sind auch schon stärkere Strahlungsquellen eingesetzt worden, wie z. B. Synchrotron-Röntgenstrahlen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei starker Bestrahlung die Qualität der Probe durch Strahlenschäden beeinträchtigt werden kann. Es ist daher im hohen Maße wünschenswert, über Detektoren zu verfügen, die alle vorhandenen Quanten bei nur wenig zusätzlichem Rauschen effizient verwerten können.
Ein vielversprechendes Verfahren für die Aufzeichnung von Strahlungsbildern basiert auf der Verwendung anregbarer Phosphorspeicher. Aus US- Patent US-A-3 859 527, Luckey, geht hervor, daß wenn bestimmte Phosphorspeicher einer Hochenergiestrahlung, wie z. B. Röntgenstrahlen, Kathodenstrahlen usw., ausgesetzt werden, diese einen Teil der eingestrahlten Energie speichern. Wenn der bestrahlte Phosphorspeicher dann einer anregenden Bestrahlung, wie z. B. sichtbarem Licht oder Wärme, ausgesetzt wird, sendet der Phosphorspeicher eine Strahlung aus, die der gespeicherten Energie der Hochenergiebestrahlung proportional ist. Der einschlägigen Literatur zufolge (J. Miyahara, et al, "A New Type of X-ray Area Detector Utilizing Laser Stimulated Luminescence" Nuclear Instruments and Methods in Modern Physics Research A246 (1986), 572-578), weisen aus solchen Phosphorspeichern hergestellte Schirme hinsichtlich Empfindlichkeit und Bestrahlungsspielraum im hohen Maße wünschenswerte Eigenschaften für die Abtastung von Röntgenstrahl-Beugungsmustern biologischer Einkristallproben auf. Da Phosphorspeicherschirme einfallende Quanten wirksam absorbieren und sich durch sehr geringes Untergrundrauschen auszeichnen, sind sie 10 - 50 mal so empfindlich wie Fotofilme. Sie weisen Auflösungen in der Größenordnung von 0,1 mm auf und können großformatig hergestellt werden, wobei Millionen wirksame Elemente die Intensitäten über einen großen Bereich ohne Zählgeschwindigkeitsbegrenzungen gleichzeitig integrieren. Das angeregte Signal verhält sich über mindestens 5 Größenordnungen linear zur Bestrahlung. Analoge Elektroniksysteme, die Signale über einen derartig großen Bereich ohne Qualitätsverlust verarbeiten können, sind jedoch nicht leicht zu entwickeln. Auch Analog-Digital-Umsetzer sind in der Regel nicht in der Lage, Signale mit einer so großen Bandbreite zu erfassen. Bei analogen Dynamikpressern, wie z. B. logarithmischen Verstärkern, treten Empfindlichkeits- und Verstärkungsprobleme auf. Obwohl Phosphorspeichersysteme somit an sich für die Messung von Beugungsintensitäten hervorragend geeignet sind, stellt die Entwicklung wirtschaftlicher Elektroniksysteme, bei denen das verfügbare Signal keinen Qualitätsverlust erleidet, eine echte Herausforderung dar.
Für die Entwicklung von Phosphorspeichersystemen für die Projektionsradiographie sind beträchtliche Anstrengungen unternommen worden. Bei einem bekannten Verfahren wird der Bestrahlungspegel des latenten Bildes auf dem Phosphorspeicherschirm zunächst mit einer anregenden Strahlung geringer Intensität abgetastet. Siehe US-Patent US-A-4 527 060, 2. Juli 1985, Suzuki et al. Hierbei wird ein kleiner Prozentsatz des latenten Bilds mittels eines Strahls geringer Intensität ausgelesen. Die so gewonnene Information wird dazu verwendet, die Verstärkung oder den Normierungsfaktor der Elektronik für eine weiter Abtastung optimal einzustellen, damit durch zu starke Strahlung oder unzureichende Verstärkung keine Informationen verloren gehen. Die Möglichkeit, die elektronische Verstärkung im System für eine endgültige Abtastung mittels mehrerer vorausgehender Abtastungen eines bestrahlten Phosphorspeicherschirms optimal einzustellen, ist an sich bekannt.
In der am 4. Juli 1984 veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung Nr. 0 112 469 der Fuji Photo Film Co., Ltd. wird ein radiographisches Verarbeitungsverfahren mit Energiesubstraktion beschrieben, bei dem stapelweise eingesetzte Phosphorspeicherfolien mit unterschiedlichen Absorptionskennwerten bestrahlt und einzeln abgetastet werden, um mehrere Signale mit unterschiedlichen Absorptionskennwerten eines Gegenstandes zu erhalten. Durch Subtraktion der Signale erhält man dabei ein Subtraktionsbild.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die beiden Lagen räumlich voneinander getrennt sind. Dies erfordert einen schwierigen und zeitraubenden Prozeß zur Berücksichtigung der Position der Röntgenstrahlquelle, weil die Röntgenstrahlen von einer Lage zur nächsten divergieren.
In dem am. 21. November 1984 veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung Nr. 0 125 412 der Fuji Photo Film Co., Ltd., wird ein Strahlungsbildaufzeichungssystem beschrieben, bei dem ein anregbarer Phosphorspeicher bestrahlt und ausgelesen wird. Die Bestrahlungs- und Bildverarbeitungsbedingungen werden ausschließlich durch eine der Art der Bildaufzeichung angepaßte Wahl der Bedingungen eingestellt.
Das am 20. Januar 1987 an Tanaka et al. erteilte US-Patent US- A 4 638 162 beschreibt ein Verfahren für die Wahl der Bedingungen für die letzte Auslesung eines Bildes aus einem anregbaren Phosphorspeicher, bei dem nach einer ersten Abtastung des Bildes ein Histogramm erstellt wird, das dann als Grundlage für die Einstellung der Auslesebedingungen dient. Obwohl dieses Verfahren für den größten Teil des Bildes ein optimiertes Signal ergibt, geht ein Teil des Informationsgehalts des Bildes verloren, wenn der Dynamikumfang den Dynamikumfang der Auslese-Sensoren überschreitet.
Dagegen besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Auslesen des gesamten Informationsgehalts einer Phosphorspeicherfolie mit einem großen Dynamikumfang von beispielsweise 65 dB oder mehr zu schaffen, die zur Erzeugung eines in ihr gespeicherten Bit des einer bildmäßigen Bestrahlung unterworfen wurde, wobei das Bild ausgelesen wird, indem die Phosphorspeicherfolie anregender Strahlung ausgesetzt wird, um angeregte Strahlung in einem dem gespeicherten Bild entsprechenden Muster freizusetzen, und wobei die angeregte Strahlung photoelektrisch mittels eines Sensors festgestellt wird, dessen Dynamikumfang mit 40 dB geringer ist als der Dynamikumfang des Bildes.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt folgende Schritte:
a) Das gespeicherte Bild wird ein erstes Mal mittels anregender Strahlung geringer Intensität ausgelesen, um ein Bildsignal zum Darstellen von Bilddetails zu erzeugen, die durch starke Bestrahlung erhalten werden.
b) Das gemäß a) ausgelesene gespeicherte Bild wird ein weiteres Mal mit anregender Strahlung hoher Intensität ausgelesen, um ein weiteres Bildsignal zum Darstellen von Bilddetails zu erzeugen, die durch schwache Bestrahlung erhalten werden.
c) Diese Bildsignale werden dann zu einem Bildsignal mit großen Dynamikumfang kombiniert, das durch schwache und starke Bestrahlung erhaltene Bilddetails darstellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem ersten Auslesen mit anregender Strahlung geringer Intensität ein erstes Bildsignal zum Darstellen von Bilddetails erzeugt, die durch starke Bestrahlung erhalten werden, und bei einem zweiten Auslesen mit anregender Strahlung hoher Intensität ein zweites Bildsignal zum Darstellen von Bilddetails, die durch schwache Bestrahlung erhalten werden. Anschließend wird das erste Bildsignal mit dem zweiten Bildsignal kombiniert, um ein Bildsignal mit großem Dynamikumfang zu erhalten.
Fig. 1 zeigt eine schematisch Darstellung eines typischen Bestrahlungsvorgangs mit Strahl, Probe und Schirm;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Auslese- und Signalverarbeitungsgeräts für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 zeigt ein repräsentatives Diagramm zum besseren Verständnis der Beschreibung der vorliegenden Erfindung, in dem die Signalstärke über der Leistung des anregenden Laserstrahls aufgetragen ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Die Vorbereitung des Schirms und des Bestrahlungsvorgangs erfordert besondere Sorgfalt, damit das Leistungsvermögen des Phosphorspeicherschirms für die Wiedergabe von Beugungsmustern voll ausgenutzt werden kann. Die auf dem Schirm gegebenenfalls noch gespeicherten Signale müssen wesentlich schwächer sein als das schwächste zu messende Beugungsmuster. Zu diesem Zweck wird der Schirm vorher mit Energie (Wärme oder Licht oder dergleichen) gelöscht, um die Restsignalstärke entsprechend zu senken. In einem in Fig. 1 schematisch dargestellten Gerät wird der Phosphorspeicherschirm bestrahlt. Dabei beaufschlagt eine (nicht dargestellte) Strahlungsquelle eine Werkstoffprobe 12 mit einem Energiestrahlenbündel (z. B. Röntgenstrahlen, Elektronen) 10, wobei die Beugungsstrahlen 14 auf die Oberfläche des Phosphorspeicherschirms 16 gelenkt werden. Untergrundstrahlung, Streuung usw. müssen dabei so gering wie möglich gehalten werden. Der Schirm 16 kann auf verschiedene Weise, beispielsweise in der Form flacher Platten, Zylinder usw., so gestaltet werden, daß er das Beugungsmuster möglichst wirksam auffängt.
Nach der Bestrahlung ist auf dem Schirm ein latentes Bild vorhanden, das, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, ausgelesen werden kann. Der Einfachheit halber ist der Schirm hier als flache Platte dargestellt. Mit Hilfe einer Ablenkvorrichtung 22 tastet ein beispielsweise von einer Laserstrahlquelle 20 erzeugter Strahl 18 einer anregenden Strahlung, nachdem er mit einer entsprechenden Optik 24 fokussiert worden ist, den Schirm 16 Punkt für Punkt ab, wie durch den Pfeil A angedeutet. Ein Translationsmechanismus 26 bewegt den Schirm in einer durch den Pfeil B angezeigten Richtung im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des abgelengten Strahls, so daß die Oberfläche des Schirms rasterförmig abgetastet werden kann. Die Intensität der angeregten Fluoreszenz wird von einem elektrooptischen Umformer festgestellt, der auf die Wellenlänge des angeregten Lichts anspricht, wie dies zum Beispiel bei einer Photoelektronenvervielfacherröhre 28 der Fall ist, die durch ein optisches Filter 30, das anregende Wellenlängen sperrt, das angeregte Licht aber durchläßt, Licht empfängt. Das von dem Photoumformer abgegebene Signal wird von einem Verstärker 32 elektronisch verstärkt und gefiltert und von einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 34 in ein digitales Signal umgesetzt. Das Signal wird in einem Digitalrechner 36 verarbeitet und auf einem Speichermedium, wie z.B einem Magnetband oder einer Magnetplatte 38, gespeichert oder mit einer Anzeigevorrichtung, wie z.B einer Kathodenstrahlröhre 40 oder einem Filmdrucker, angezeigt. Die Aufrechterhaltung des großen Spielraums und der Signalqualität des Phosphorspeichersignals stellt hohe Anforderungen an die elektronische Verarbeitungskette, insbesondere an den A/D-Wandler 34. So wäre zum Beispiel für einen Intensitätsbereich von 100 000 ein A/D-Wandler mit mindestens 17 Bits erforderlich. Geräte mit einer so hohen Leistung sind teuer und schwer zu warten. A/D-Wandler mit 8 Bits oder 12 Bits sind jetzt allgemein üblich, eignen sich jedoch nur für einen Bereich von 256 bzw. 4096.
Die Intensität des angeregten Lichts verhält sich linerar zu der von dem Phosphorspeicherschirm 16 absorbierten Hochenergiestrahlung und zu der dem Schirm zugeführten anregenden Energie. Bei Bestrahlung mit schwacher anregender Strahlung nimmt das angeregte Licht linerar zur anregenden Bestrahlung zu (= Energie x Zeit/Elementeinheit), während bei Bestrahlung mit stärkerer anregender Strahlung Sättigung erreicht wird, weil die gesamte gespeicherte Energie ausgelesen wird. Diese Zusammenhänge sind aus dem qualitativen Diagramm in Fig. 3 ersichtlich, in dem das Signal als Funktion der anregenden Bestrahlung dargestellt ist. Die anregende Bestrahlung des Schirms kann auf vielfältige Weise gesteuert und reduziert werden, beispielsweise durch Verringerung der Energie des Strahls, Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit usw. Je mehr Signal ausgelesen werden kann, desto besser ist grundsätzlich das Rauschverhalten. Wenn die Bestrahlung mit schwacher anregender Strahlung erfolgt, so daß nur ein kleiner Teil eingestrahlten Energie freigesetzt wird (Punkt C in Fig.3), werden schwache Signale erzeugt, wobei nur die am stärksten bestrahlten Bilddetails ein verwendbares Signal liefern. Wenn die Bestrahllung mit starker anregender Strahlung erfolgt (Punkt D in Fig. 3), sind die stark bestrahlten Bilddetails sehr stark und liegen dann außerhalb des Anzeigebereichs, während die schwach bestrahlten Details optimal ausgelesen und digitalisiert werden können.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bild zweimal abgetastet, und zwar ein erstes Mal mittels anregender Strahlung geringer Intensität zur Erzeugung einess Bildsignals zum Darstellen von Bilddetails, die durch starke Bestrahlung erhalten werden, und ein zweites Mal mit anregender Strahlung hoher Intensität zur Erzeugung eines Bildsignals zum Darstellen von Bilddetails, die durch schwache Bestrahlung erhalten werden. Die verwendbaren Informationen beider Signale werden dann zu einem Bildsignal kombiniert, das Informationen für einen sehr großen Bestrahlungsbereich enthält und sich durch gute Signalqualität auszeichnet. Dieses Ergebnis wird mit elektronischen Gerääten (Endverstärkern und A/D-Wandlern) erzielt, deren Leistung sich verhältnismäßig bescheiden ausnimmt. Wenn das Verhältnis der Signalstärken zwischen den Strahlungen hoher und geringer Intensität S ist, dann kann der Bereich eines A/D-Wandlers mit N Bits um ln (S)/ln(2) erweitert werden. Letzlich werden die Grenzen des Bereichs verwendbarer Ausgangssignale von dem Rauschpegel der Bestrahlung bestimmt, der seinerseits von der Intensität der Bestrahlung abhängt.
Als Beispiel sei eine Lysozymprotein-Kristallprobe erwähnt, die eine Sekunde lang (ca. 1/10 der für Fotofilm erforderlichen Bestrahlungsdauer) mit einer Synchroton-Röntgenstrahlquelle bestrahlt wurde. Das Beugungsmuster wurde auf einem flachen Phosphorspeicherschirm aufgefangen, wie er in dem vorher erwähnten Miyahara-Artikel beschrieben wird. Der Schirm wurde von einem Laserstrahl mit reduzierter Energie - 1/100 der vollen Energie - und dann mit voller Energie abgetastet. Dabei ergab sich für die Signalstärken der beiden Abtastungen ein Verhältnis von 19:1. Die beiden so erhaltenen Signale wurden mit einem A/D-Wandler mit 12 Bits digitalisiert. Das ergab einen Dynamikumfang von 4096:1 für jedes Signal. Die Beugungsmuster-Punkte wurden durch Verarbeitung der einzelnen Signale mit einem Spitzenwertdetektor festgestellt, der den Mittelwert der Signale über 0,6 mm² (ca. 60 Pixel) ermittelte, und von einem, für einen die 0,6 mm² umgebenen Bereich gleicher Größe bestimmten Untergrund subtrahiert.
Die Ergebnisse der Messungen sind aus der nachstehend aufgeführten Tabelle I ersichtlich, in der die integrierten Spitzenintensitäten der festgestellten Punkte mit Code-Werten ausgewiesen sind. Bei dem Signal für die Anregung mit hoher Intensität hatten die Punkte mit der schwächsten Bestrahlung eine Spitzenamplitude, die etwa dem Dreifachen der Standardabweichung des Untergrunds entsprach, und waren gut aufgelöst, während die Punkte mit der starken Bestrahlung außerhalb des Anzeigebereichs lagen und nicht aufgelöst waren. Bei der Anregung mit schwacher Intensität bot die Auflösung der Punkte mit starker Bestrahlung keine Schwierigkeiten. Wegen des schlechten Signal-Rausch Verhältnisses waren die Punkte für die schwache Bestrahlung mit einer erheblichen Unsicherheit behaftet. Schätzungsweise betrug das Verhältnis des mit schwacher anregender Strahlung festgestellten Spot mit der stärksten Bestrahlung zu dem mit starker anregender Strahlung festgestellten Punktes mit der schwächsten Bestralung ca. 20679x19/177=2200 (was einem Dynamikumfang von 65 db im Vergleich zu einem Dynamikumfang von ca. 50 db für herkömmliche Fotofilme entspricht). Alle Punkte waren gut aufgelöst, obwohl der verwendete A/D-Wandler nur 12 Bits hatte. TABELLE I PUNKTBESTRAHLUNG ANREGENDE STRAHLUNG GERINGER INTENSITÄT ANREGENDE STRAHLUNG HOHER INTENSITÄT schwach mäßig stark nicht sichtbar außerhalb des Anzeigebereichs
Bei dem oben beschriebenen Beispiel wurden die beiden Signale vom Erfinder geprüft und manuell kombiniert, um das Bildsignal mit dem großen Dynamikumfang zu erhalten. Es gibt aber auch Softwarepakete, wie z. B. das in dem Artikel "The ROCKS System of Computer Programs for Macro- Molecular Crystallography" von G.N. Reeke Jr., Journal of Appl.Cryst. Vol. 17, Seite 125-130m 1984, beschriebene ROCKS-System, die die durch Abtastung der bereits erwähnten stapelweise verwendeten Röntgenfilme erzeugten Signale automatisch in Röntgenkristallbeugungsmuster umwandeln. Diese Filmstapel enthalten Filme geringen Empfindlichkeit, die nach Entwicklung und Abtastung ein Bildsignal erzeugen, das den durch eine erfindungsgemäße Abtastung des Phosphorspeichers mit geringer Intensität erhaltenen Signalen entspricht, und Filme mit höherer Empfindlichkeit, die nach Entwicklung und Abtastung ein Bildsiignal erzeugen, das den durch eine erfindungsgemäße Abtastung des Phosphorspeichers mit hoher Intensität erhaltenen Signalen entspricht. Solche Programme lassen sich problemlos so adaptieren, daß sie für das erfindungsgemäße Verfahren zum Kombinieren der beiden Bildsignale zur Erzeugung des Röntgenbeugungsbilds mit dem großen Dynamikumfang eingesetzt werden können. Grundsätzlich werden von solchen Programmen zuerst die mäßig bestrahlten Punkte in beiden Bildsignalen festgestellt und korreliert und anschließend die stark bestrahlten Punkte des Films mit geringer Empfindlichkeit sowie die schwach bestrahlten Punkte des Films mit hoher Empfindlichkeit festgestellt und zu den mäßig bestrahlten Punkte beider Filme hinzugefügt, um das für die Analyse verwendete endgültige Röntgenbeugungsbild zu erhalten.
Bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungssform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuerst ein Phosphorspeicher mit einer anregenden Strahlung geringer Intensität abgetastet, um ein Bildsignal zum Darstellen der schwach bestrahlten Punkte zu erhalten. Alternativ kann jedoch die Reihenfolge der Abtastintensitäten umgekehrt werden, so daß der Speicherphosphor zuerst mit einer anregenden Strahlung hoher Intensität abgetastet wird, um das Signal zum Darstellen der schwach bestrahlten Punkte zu erzeugen, und erst dann mit einer anregenden Strahlung geringer Intensität zur Erzeugung des Signals zum Darstellen der stark bestrahlten Punkte.
Bei einer weiteren Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zwei oder mehr aufeinderfolgende Abtastungen vorgesehen, wobei der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 32 bei einer Abtastung auf einen niedrigen Wert eingestellt wird, um ein Signal zum Darstellen stark bestrahlter Punkte zu erzeugen, und bei einer weiteren Abtastung auf einen hohen Wert, um ein Signal zum Darstellen der schwach bestrahlten Punkte zu erhalten.
Die Erfindung wurde hier als Verfahren zur Erzeugung eines Bildsignals mit einem großen Dynamikumfang für die Darstellung von Röntgenkristallbeugungsmustern beschrieben, kann jedoch auch in der Projektionsradiographie eingesetzt werden, beispielsweise für zerstörungsfreie Prüfungen in der Industrie.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auslesen von Strahlungsbildern mit einem großen Dynamikumfang eignet sich für die Darstellung von Beugungs- und Projektionsstrahlungsbildern, die einen großen Dynamikumfang aufweisen, kann also beispielsweise in der Röntgenkristallographie und in der industriellen Projektionsradiographie für zerstörungsfreie Prüfungen eingesetzt werden. Das Verfahren hat den Vorteil, daß es bei Einsatz herkömmlicher Hardware mit begrenztem Dynamikumfang für die Feststellung und Verarbeitung der Signale ein Bildsignal mit einem großen Dynamikumfang liefert, und dadurch Verbesserungen bei den Gerätekosten, der Komplexitätszuverlässigkeit und der Leistung ermöglicht.

Zeichnungsbeschriftung

FIG. 2

21 Energiequelle
32 Verstärker

FIG. 3

a Signal
b Anregende Bestrahlung

Claims

1. Verfahren zum Auslesen und Speichern von einen großen Dynamikumfnag von beispielsweise 65 dB oder mehr aufweisenden Strahlungsbildern einer Phosphorspeicherfolie, die zur Erzeugung eines in ihr gespeicherten Bildes einer bildmäßigen Bestrahlung unterworfen wird, wobei das Bild ausgelesen wird, indem die Phosphorspeicherfolie anregender Strahlung ausgesetzt, und angeregte Strahlung in einem dem gespeicherten Bild entsprechenden Muster freigesetzt wird und indem die angeregte Strahlung photoelektrisch mittels eines Sensors festgestellt wird, dessen Dynamikumfang mit beispielsweise 40 dB wesentlich geringer ist als der Dynamikumfang des Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das gespeicherte Bild ein erstes Mal mittels anregender Strahlung geringer Intensität ausgelesen und ein Bildsignal zum Darstellen von Bilddetails erzeugt wird, die durch starke Bestrahlung erhalten werden,

b) das gemäß a) ausgelesene gespeicherte Bild ein weiteres Mal mit anregender Strahlung hoher Intensität ausgelesen und ein weiteres Bildsignal zum Darstellen von Bilddetails erzeugt wird, die durch schwache Bestrahlung erhalten werden, und

c) die Bildsignale zu einem Bildsignal mit großem Dynamikumfang kombiniert werden, das durch schwache und starke Bestrahlung erhaltene Bilddetails darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild zuerst mit anregender Strahlung geringer Intensität und zuletzt mit anregender Strahlung hoher Intensität ausgelesen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild ein Röntgen-Kristallbeugungssspotmuster darstellt und die Bildsignale kombiniert werden, indem

a) die durch das erste Signal dargestellten, durch starke Bestrahlung erhaltenen Spots festgestellt werden,

b) die durch das zweite Signal dargestellten, durch schwache Bestrahlung erhaltenen Spotss festgestellt werden und

v) durch Kombination der durch schwache und starke Bestrahlung erhaltenen Spots das Bildsignal mit großem Dynamikumfang erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Bild ein weiteres Mal ausgelesen und ein Bildsignal zum Darstellen von Bilddetails erzeugt wird, die durch eine Bestrahlung mittlerer Intensität erhalten werden, und

b) durch Kombinieren des Bildsignals, das die durch Bestrahlung mittlerer Intensität erhaltenen Bilddetails darstellt, mit den Bildsignalen, die den durch starke bzw. schwache Bestrahlung erhaltenen Bilddetails entsprechen, das Signal mit großem Dynamikumfang erhalten wird.