DE2731621A1

DE2731621A1 - Vorrichtung fuer tomographie mit vorkehrungen, wodurch signalprofile, abgeleitet von einem divergierenden strahlungsbuendel, in signalprofile rekonstruiert werden koennen, die je einem buendel parallel einfallender strahlen entsprechen

Info

Publication number: DE2731621A1
Application number: DE19772731621
Authority: DE
Inventors: Simon Duinker
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1978-01-26
Also published as: CH628796A5; CA1073123A; US4168435A; JPS6016246B2; IL52531A0; SE7708117L; JPS5312291A; US4266136A; DE2731621C2; GB1583053A; SE421669B; FR2358867B1; FR2358867A1; IL52531A; NL7607976A; IT1083683B

Description

PATENTANWÄLTE

oiPu-iNG. H. MlSSLING 6300 Gießen, den 12.7.1977

OIPL-ING. R. S C H L E E £~

DIPL-ING.A. MISSLING ~ 5 - M/B ¹

63 QIESSEN₁ BismaickstraBe 43

N.V. Optische Industrie "De Oude Delft"
DELFT, Niederlande

Vorrichtung für Tomographie mit Vorkehrungen, wodurch Signalprofile, abgeleitet von einem divergierenden Strahlungsbündel, in Signalprofile rekonstruiert werden können, die je einem Bündel parallel einfallender Strahlen entsprechen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, mit der unter Verwertung kurzwelliger Strahlung, wie z.B. Röntgenstrahlung, ein Querschnittsbild eines zu untersuchenden Objekts gebildet wird, umfassend eine Quelle zum Erzeugen eines im wesentlichen flachen, divergierenden Bündels der betreffenden kurzwelligen Strahlung, einen Träger, der dazu dient, das zu untersuchende Objekt derart zu tragen, dass das Objekt von dem genannten Bündel durchstrahlt wird und eine Detektorvorrichtung zum Erzeugen und Verarbeiten von Signalprofilen, die ein Mass für die Strahlungsabsorption in dem von dem genannten Bündel bestimmten Querschnitt des Objekts sind und entstehen infolge einer Relativbewegung zwischen einerseits einer die genannte Strahlungsquelle und die genannte Detektorvorrichtung umfassenden Zusammensetzung und dem genannten Objekt andererseits.

Bei der als Tomographie bezeichneten Technik ist es möglich, von einem zu untersuchenden Objekt ein Dichtebild (Tomogramm) herzustellen, das repräsentativ

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für eine "obere Ansicht" auf einem scheibenförmigen Querschnitt dieses Objekts ist. Dazu wird zwischen der die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung umfassenden Zusammensetzung einerseits und dem Objekt andererseits eine Relativbewegung erzeugt, wobei das zu untersuchende Objekt aus einer Reihe von Positionen durchstrahlt wird, und wobei jeder Position ein durch die Detektorvorrichtung abgeleitetes Signalprofil entspricht. Beispielsweise wird die genannte Zusammensetzung relativ zu einer vertikalen, durch das Objekt verlaufenden Achse rotiert; eine alternative Möglichkeit ist, dass die genannte Zusammensetzung stationär ist, während das Objekt um die genannte Achse rotiert wird.

Aus einer Reihe von auf diese Weise durch die Detektorvorrichtung abgeleiteten Signalprofilen kann ein Tomogramm rekonstruiert werden. Es zeigt sich, dass bei einer solchen Rekonstruktion die sog. Punktstreuungsfunktion die Definition oder das Auflösungsvermögen des Tomogramms degradiert. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden, der bei der Verarbeitung der von der Detektorvorrichtung abgegebenen Signalprofile durchzuführenden Superposition

von Signalprofilinformation vorgreifend, die von der Detektorvorrichtung zur Verfugung gestellten Signalprofile derart vorzubearbeiten, dass die störende Punktstreuungsfunktion beseitigt wird. Jedes Signalprofil wird dabei auf optisch-elektronischem Wege vorbearbeitet, wobei aus dem ursprünglichen Signalprofil ein anderes Signalprofil abgeleitet wird, das bei der Wiedergabeprojektion ein Tomogramm ergibt, das von der störenden Punktstreuungsfunktion befreit ist. Es ergibt sich nun, dass, wenn von einer Strahlungsquelle ausgegangen wird, die das Objekt mit einem Bündel paralleler Strahlen durchstrahlt, für alle Punkte des Bildfeldes eine gleiche Punktstreuungsfunktion besteht. Dagegen stellt es sich heraus, dass die Punktstreuungsfunktion stellenabhängig ist, wenn mit einem fächerförmigen oder divergierenden Bündel durchstrahlt wird. M.a.W. ist in dem erstgenannten Fall eine genaue Korrektur in bezug auf die Punktstreuungsfunktion dadurch zu erhalten, dass tatsächlich jedes ursprüngliche Signalprofil Fragment für Fragment mit einem bestimmten Konvolutionsintegral multipliziert werden kann. Eine solche genaue Korrektur und damit Optimälisierung des Auflösungsvermögens lässt sich jedoch nicht erhalten, wenn in der Situation, in der mit einem divergierenden Strahlungsbündel gearbeitet wird, ein solcher korrigierender Vorgang ohne weiteres angewendet wird.

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Aus technisch-wirtschaftlichen Gründen ist es bei der Tomographie nicht zulässig, einem Bündel paralleler Strahlen mit einer Konfiguration zu nähern, bei der die Strahlungsquelle in verhältnismässig grossem Abstand von dem zu untersuchenden Objekt angeordnet ist. VieLjnehr ist eine Konfiguration anzustreben, bei der eine Strahlungsquelle zum Erzeugen eines im wesentlichen flachen, divergierenden Bündels möglichst dicht beim Objekt angeordnet werden kann.

Mit der Erfindung wird nun bezweckt, eine Lösung für die im Vorhergehenden beschriebene Problematik zur Verfügung zu stellen, so dass es möglich ist, ausgehend von einem fächerförmigen oder divergierenden Strahlungsbündel und unter Anwendung einer stellenunabhängigen Konvolutionsfunktion über das ganze optische Feld eine genaue Korrektur in bezug auf die Punktstreuungsfunktion zu erhalten.

Dazu ist die erfindungsgemässe Vorrichtung gekennzeichnet durch erste Mittel, die dazu dienen, in Abhängigkeit von einer Reihe erster Positionen, die die Strahlungsquelle nacheinander in bezug auf das Objekt einnimmt, eine entsprechende Ansammlung primärer Signalprofile aufzuzeichnen; und zweite Mittel, die dazu dienen, in Abhängigkeit von einer Reihe zweiter Positionen, die mit den genannten ersten Positionen im Zusammenhang stehen, die genannte Ansammlung primärer Signalprofile gemäss einer der genannten Reihe zweiter Positionen entsprechenden Ansammlung von Bahnen abzutasten, das alles derart, dass die jeder solcher Bahn entsprechenden Signalprofilfragmente zusammen ein sekundäres Signalprofil bilden, das repräsentativ ist für die Strahlungsabsorption des Objekts infolge eines imaginären Strahlungsbündels mit parallel einfallenden Strahlen aus einer Richtung entsprechend einer der genannten ersten Positionen.

Eine erfindungsgemäss ausgebildete Vorrichtung kann wegen der einfachen Organisation zu einem verhältnismässig niedrigen Selbstkostenpreis hergestellt werden. Daneben gelten die weiteren Vorteile, dass die Vorrichtung sich in einem verhältnismässig geringen Volumen unterbringen lässt, während dadurch, dass aus divergierenden Strahlungsbündeln parallele Bündel rekonstruiert werden, eine Strahlungsquelle dicht beim Objekt angeordnet werden kann,

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was eine zweckmässige Benutzung einer solchen Strahlungsquelle und eine geringe Strahlungsdosierung ermöglicht, während das Auflösungsvermögen des fertigen Tomogramms optiraali'siert ist.

Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen darin:

Fig. 1 ein Schema, mit dessen Hilfe das Prinzip der Erfindung erklärt werden wird;

Fig. 2 ein Schema zur Erläuterung einer Konfiguration, bei der ein der Konfiguration nach Fig. 1 anhaftender Nachteil behoben werden kann;

Fig. 3, 4 und 5 Schemas, mit deren Hilfe das Prinzip der Erfindung in einem allgemeinen Fall behandelt wird; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Ausführungsform.

Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Konfiguration ist eine Quelle zum Erzeugen eines im wesentlichen flachen, divergierenden Bündels kurzwellige^ Strahlen, wie z.B. Röntgenstrahlung, mit 1 angegeben. Ein Fangschirm einer Detektorvorrichtung ist mit 2 angegeben. Zwischen diesem Fangschirm und der Strahlungsquelle ist auf einem nicht wiedergegebenen Träger ein zu untersuchendes Objekt 3 aufgestellt. Ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, wird bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Konfiguration der Einfachheit halber angenommen, dass eine die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung umfassende Zusammensetzung um eine durch das Objekt verlaufende Achse/(lotrecht zur Zeichnungsebene) eine Rotationsbewegung ausführen kann, wobei die Strahlungsquelle gemäss einer Kreisbahn mit Radius R bewegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die genannte Zusammensetzung fest anzuordnen und das Objekt um die genannte Achse zu rotieren. In beiden Situationen wird erreicht, dass das Objekt aus einer Reihe von Positionen, die längs der Kreisbahn liegen, mit Radius R durchstrahlt werden kann. Die Kreisbahn mit Radius r ist durch den Mindestabstand bestimmt, der erfordert ist, um eine hindernisfreie Rotation der genannten Zusammensetzung, einschliesslich möglicherweise notwendiger Kollimatoren, um das zu untersuchende Objekt herum, oder umgekehrt,

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zu ermöglichen. Wie noch näher dargelegt werden wir3, ist es von Vorteil, das Strahlungsbündel einseitig zu begrenzen durch eine flache Ebene, die durch die durch den Rotationsmittelpunkt O verlaufende Drehachse und die Strahlungsquelle selbst bestimmt ist. Eine solche Begrenzung, die auch in der niederländischen Patentanmeldung 76.05687 vorgeschlagen ist, hat als Vorteile, dass das für die Detektorvorrichtung benötigte Bildfeld des Fangschirmes wesentlich kleiner ist als das Bildfeld, das erfordert ist, wenn mit einem nicht also begrenzten Strahlungsbündel gearbeitet wird, während auch durch die geringere Bündelbreite die Streuung der Strahlungsintensität geringer ist. Zur Vermeidung von Bildverzerrung an den Rändern des Fangschirmes ist es von Vorteil, diesen Schirm kreisbogenförmig auszubilden, wobei der Krümmungsmittelpunkt mit der Stelle der Strahlungsquelle zusammenfällt und der Krümmungsradius durch R + r gegeben ist. Es wird klar sein, dass wenn durch den Fangschirm mehrere übereinander liegende Objektquerschnittsbilder gleichzeitig empfangen werden sollen, dieser Fangschirm eine sphärische Oberfläche haben muss. Wenn bei der im Vorhergehenden behandelten Konfiguration das Objekt durch das fächerförmige oder divergierende Bündel, ausgehend von der Strahlungsquelle, durchstrahlt wird, wird auf den Fangschirm bei einem gegebenen Lagewinkel der Zusammensetzung Strehlungsquelle-Detektorvorrichtung in bezug auf das Objekt ein "Transmissionsbild" projiziert werden, entsprechend einem scheibenförmigen Abschnitt des Objekts, wobei die Dicke dieses Abschnitts durch die Höhe des flachen Strahlungsbündels bedingt ist und die "Länge" des streifenförmigen Bildes durch den Öffnungswinkel C^ des Bündels bestimmt ist.

Die Detektorvorrichtung, die in an sich bekannter Weise ausgebildet sein kann, vorzugsweise z.B. als eine als Rontgenbildverstärker ausgebildete Detektorvorrichtung, ist wirksam, um das auf dem Fangschirm gebildete Strahlungsbild, z.B. ein Röntgenbild, das massgebend ist für die Strahlungsabsorption in dem betreffenden Objektquerschnitt aus der betrachteten Richtung oder aber Lagewinkel α, in ein entsprechendes verstärktes elektrisches Bildsignal umzusetzen. Nachdem ein auf diese Weise erhaltenes elektrisches Bildsignal durch einen logarithmischen Verstärker geführt ist, entsteht ein Signal, das repräsentativ für das Dichtemuster ist, gehörend zu dem Objektquerschnitt, der für den betreffenden Lagewinkel α gilt. Es wird klar sein, dass damit für eine Reihe von Lagewinkeln α wie α. , a , et-, α. usw. eiif entsprechende Reihe der genannten

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elektrischen Signale erhalten werden kann, wobei, wenn der ganze Kreis mit Radius R durchwandert ist, eine Gruppe elektrischer Signale erhalten ist, woraus eine sich auf den vollständigen Dichteverlauf innerhalb des betreffenden Objektquerschnitts beziehende Abbildung rekonstruiert werden kann, vorausgesetzt, dass der Öffnungswinkel (ΰ des Bündels derart gross gewählt ist, dass jedes Element des betrachteten ObjektquerSchnitts aus jedem Lagewinkel α durchstrahlt wird. Dabei sei bemerkt, dass die durch die Detektorvorrichtung erzeugten elektrischen Signale oder aber Signalprofile urter Ausgancyeinem fächerförmigen oder aber divergierenden Strahlungsbündel entstanden sind. Das bedeutet, dass, wenn bei der weiteren Verarbeitung solcher Signalprofile versucht wird, die Punktstreuungsfunktion zu beseitigen, keine für das ganze Bildfeld genaue Korrektur möglich ist, was eine Degradierung des schliesslich erhaltenen Tomogramms bedeutet.

Diesem Mangel lässt sich dadurch abhelfen, dass vor der weiteren Verarbeitung der von der Detektorvorrichtung abgegebenen Signalprofile diese Signalprofile in bestimmter Weise in einem gesonderten Speichervorrichtung aufgezeichnet werden. Mehr insbesondere wird ein jeder Position oder jedem Lagewinkel der Strahlungsquelle in bezug auf das zu untersuchende Objekt entsprechendes Signalprofil aufgezeichnet, und zwar gemäss einer vorbestimmten Bahn. Um den unmittelbaren Zusammenhang zwischen der Aufzeichnungsweise und der momentanen Lage der Vorrichtung deutlich angeben zu können, ist eine solche Bahn beispielsweise in derselben Fig. 1 wiedergegeben durch die Bahnabschnitte 0, 1, 2, 3 und 4, wobei jedem Lagewinkel α der Strahlungsquelle ein solches aufgezeichnetes Signalprofil η entspricht. Bei der Konfiguration nach Fig. 1 sind diese Signalprofile gemäss kreisbogenförmigen Bahnen aufgezeichnet, deren Krümmungsmittelpunkt auf dem Kreis mit Radius R liegt, und wobei jedes dieser aufgezeichneten Signalprofile von dem Mittelpunkt O dieses Kreises ausgeht. Das dem Lagewinkel α -entsprechende Signalprofil 1 wird somit dadurch erhalten, dass man aus dem Mittelpunkt O mit dem Krümmungsmittelpunkt ct. den Radius R abzirkelt. In derselben Weise wird jedes der übrigen Signalprofile aufgezeichnet, wobei schliesslich ein Bündel von Signalprofilen aufgezeichnet ist, ausgehend von dem Mittelpunkt O, so dass eine Ansammlung schaufelartig verlaufender primärer Signalprofile erhalten wird.

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Es erweist sich nun als möglich, eine solche aufgezeichnete Ansammlung primärer Signalprofile gemäss einer anderen Ansammlung von Bahnen abtasten zu können, das alles derart, dass durch eine solche Abtastung eine Ansammlung sekundärer Signalprofile zu konstruieren ist, wobei jedes dieser sekundären Signalprofilu dann dafür zu halten ist, aus einem imaginären Bündel parallel einfallender Strahlen erhalten zu sein. Für die in Fig. 1 wiedergegebenen primären Signalprofile 1 bis 4 kann dies durch nähere Betrachtung von Fig. 1 erkannt werden. Dazu ist ein dem Lagewinkel a₄ entsprechendes Bündel parallel einfallender Strahlen gezeichnet, wobei die primären Signalprofilfragmente, die diesen parallel einfallenden Strahlen entsprechen, als die Schnittpunkte zwischen dem betreffenden Radius und dem dazu gehörenden primären Signalprofil gezeichnet sind. D.h.: die Schnittpunkte zwischen dem Radius, ausgehend von a., und dem Signalprofil 1, dem Radiums, ausgehend von ct~, und dem Signalprofil 2, dem Radius, ausgehend von α , und dem Signalprofil 3 und dem Radius, ausgehend von α., und dem Signalprofil 4. Es zeigt sich nun, dass die auf diese Weise erhaltenen Schnittpunkte auf einer kreisbogenförmigen Bahn b liegen, die durch den Mittelpunkt O mit einem Krümmungsradius R und einem Krümmungsmittelpunkt «' verläuft, der diametral dem Lagewinkelpunkt α. gegenüber liegt, der für die Einfallsrichtung des betrachteten Bündels paralleler Strahlen bestimmend ist, m.a.W.: der Krümmungsmittelpunkt α¹ ist durch et +π gegeben. Das einer solchen kreisbogenförmigen Abtastung entsprechende sekundäre Signalprofil ist daher zu hetrachten als ein Signalprofil, abgeleitet aus einem Bündel paralleler Strahlen. Jedem Lagewinkel α., entspricht daher ein im Zusammenhang damit stehender Lagewinkel et¹., bestimmend für die kreisbogenförmige Abtastung, aus der ein sekundäres Signalprofil, das einem imaginären Bündel paralleler unter dem Winkel α. einfallender Strahlen entspricht, zu rekonstruieren ist. M.a.W.: aus der Ansammlung primärer Signalprofile ist durch eine solche Abtastung die Ansammlung sekundärer Signalprofile zu rekonstruieren, welche sekundären Signalprofile sich dann für eine normierte genaue Korrektur in bezug auf die Punktstreuungsfunktion eignen. In einfacher Weise lässt sich erkennen, siehe in diesem Zusammenhang den linken Teil von Fig. 2, dass, wenn nicht die Ansammlung primärer Signalprofile für eine Reihe diskreter Lagewinkelwerte α. aufgezeichnet wird, jedoch, wie in der Praxis bevorzugt werden wird, die primären Profile fortwährend bei einer kontinuierlichen, vorzugsweise gleichförmigen, relativen Drehbewegung der Quelle um das Objekt herum

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aufgezeichnet werden, die Bahn der aufgezeichneten primären Profile nicht

durch Kreisbögen (Pa, Pb, Pe), sondern durch Abrollkurven (A, B,....,E)

bestimmt wird. Auch lässt sich einfach erkennen, dass trotzdem durch die beschriebene Abtastung gemäss kreisbogenförmigen Bahnen (J, H,....,E), wiederum das sich auf ein paralleles Bündel beziehende sekundäre Profil erhalten wird. Solche Abtastungen müssen über einen gewissen Winkel, z.B. 30 der Aufzeichnung der primären Signalprofile nacheilen, da alle abzutastenden primären Signalprofile tatsächlich aufgezeichnet sein müssen. Nach Abtastung der betreffenden Gruppe primärer Signalprofile ist es möglich, diese zu wischen, wobei in dem gewischten Teil des Aufzeichnungsmediums andere Information aufgezeichnet werden kann.

Grundsätzlich ist es auch möglich, ein Strahlungsbündel mit einem Öffnungswinkel, der zweimal so gross ist wie der in Fig. 1 angegebene Öffnungswinkel, zu benutzen. In einer solchen Situation muss die zweite Hälfte jedes primären Signalprofils als schematisch durch den Strichpunktbogen 4' angegeben aufgezeichnet werden, v/as auch möglich ist, da das zu untersuchende Objekt strahlungsisotrop ist, d.h. die Absorption des Objekts längs einer Linie hängt nur von der Richtung dieser Linie ab, jedoch nicht von deren Sinn. Selbstverständlich braucht in dieser Situation die Zusammensetzung, welche die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung umfasst, nur über einen Winkel von ^-Radien in bezug auf das Objekt zu rotieren, um ein vollständiges Tomogramm entwickeln zu können. Die Rekonstruktion der auf diese Weise bei einem Bündel der doppelten Breite aufgezeichneten primären Signalprofile kann wieder dadurch erhalten werden, dass man entweder über 2 τ-Radien gemäss "halben" Bögen b abtastet, oder über ff-Radien geraäss S-förmigen Bahnen, m.a.W. gemäss spiegelbildsymmetrischen krunmen Bahnen b, b' abtastet.

Die im Zusammenhang mit Fig. 1 behandelte Aufzeichnung der "halben" primären Signalprofile in Form von Kreisbögen, die durch den Ursprung 0 verlaufen, hat den Nachteil, dass um diesen Ursprung herum die Musterlinien sich kaum trennen lassen, wodurch abhängig von der Weise der Abtastung zum Erzielen der sekundären Signalprofile an Ort und Stelle Ungenauigkeiten auftreten können, denn bei der im Vorhergehenden behandelten Rekonstruktion sekundärer Signalprofile, die Bündeln paralleler Strahlen entsprechen, wird gerade in der Nähe

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des genannten Ursprungs O annähernd in Berührung mit den betreffenden primären Signalprofile¹¹ abgetastet, was zu einer unzulässig hohen Ungenauigkeit veranlassen kann.

Zur Vermeidung dieser Nachteile empffehlt es sich deshalb, die primären Signalprofile, nicht wie bei Fig. 1 der Fall ist, gleichsam in Form von aus dem Ursprung 0 ausgehenden Schaufeln aufzuzeichnen, sondern vieLjnehr in Form von aus einer Felge ausgehenden kreisbögenförmigen Speichen aufzuzeichnen, das alles, wie auch in Fig. 2 schematisch angegeben. In Fig. 2 ist durch die Kreisbahn mit Radius R die Bahn angegeben, die einer Relativbewegung der Strahlungsquelle zum Drehmittelpunkt 0 entspricht. Ebensowie bei der Konfiguration gemäss Fig. 1 ist der Kreis mit Radius r bei der Konfiguration gemäss Fig. 2 wieder durch den Mindestabstand für eine hindernisfreie Rotation um das Objekt herum bestimmt. Der Abstand R^ ist der Abstand, über den jeweils eine Lagewinkelposition α. gemäss der Berührungslinie am Kreis R. in diesem Punkt verschoben ist, um zu dan Lagewinkelpunkt α¹. am Kreis R_ zu kommen, bestimmend für das betreffende primäre "halbe" Signalprofil p¹., das gleichsam wie eine kreisbogenförmige Speiche aus einer Felge mit Radius R^ aufgezeichnet wird. So wird in ähnlicher Weise wie bei der Konfiguration nach Fig. 1 durch eine Reihe von Lagewinkelpunkten wie α' - α¹, eine Ansammlung dazu gehörender primärer "halber" Signalprofile wie p¹ -p' aufgezeichnet. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist der Abstand R., so gewählt, dass die geometrische Stelle der äussersten Punkte der primären "halben" Signalprofile, die ursprünglich am Kreis mit Radius r lagen, auf einen Bahnkreis mit Radius R zu liegen kommen. D.h. der Punkt ο des ursprünglichen primären Signalprofils P wird der Punkt o¹ des primären Signalprofils P¹ usw. In Fig. 2 ist durch den Kreis mit Radius R„ die Bahn der über den Abstand R.. über die Tangenten verschobenen QuellenpunkteangegejDen. Die Grosse dieses Radius R_ ist gegeben durch

v/ 2 2~

R_ = Y R + R . Bei einer Aufzeichnung wie erhalten mit einer Konfiguration nach Fig. 2 zeigt es sich ebenfalls, dass die Rekonstruktion der sekundären "halben" Signalprofile, die Bündeln parallel einfallender Strahlen entsprechen, wieder erhalten werden können durch kreisbogenförmige Abtastbahnen mit Krümmungsradius R„ und jeweils aus demselben Krümmungsmittelpunkt M entsprechend dem Schnittpunkt des Kreises um den Drehpunkt 0 und mit dem Radius R einerseits und dem durch diesen Punkt O gehenden Radius des parallelen Bündels andererseits.

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Bei einer solchen Anordnung sind die Schnittpunkte zwischen den primären Signalprofilen und den Abtastbahnen zum Erhalten der sekundären Signalprofile besser definiert. Dies ist schematisch in Fig. 2 für die Lagewinkelposition α. +π und den dadurch bestimmten Kreisbogen mit R„ als Krümmungsradius angegeben. Die betreffenden Schnittpunkte sind durch O¹, 1', 2', 3' und 4¹ angegeben. Diese Punkte entsprechen einem Bündel paralleler und unter einem Winkel α einfallender Strahlen. Aus dem Vorhergehenden wird es klar sein, dass je nachdem R sich Null nähert, die im Zusammenhang mit Fig. 2 behandelte Konfiguration in die Konfiguration, die im Zusammenhang mit FJg. 1 behandelt wurde, übergeht. Daher kann es selbstverständlich so eingerichtet werden, dass jeweils zwei "halbe" Profile gleichzeitig aufgezeichnet worden, wodurch eine Drehung von nur ii-Radien notwendig ist.

Auch bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Konfiguration ist die Abtastwirkung in bezug auf die Aufzeichnung der primären Signalprofile verzögert. Die innerhalb des Kreises R_ vorhandene Oberfläche wird bei der Konfiguration nach Fig. 2 in erster Instanz nicht für Aufzeichnung verwendet. Wenn die Dicke der zwischen den Kreisen mit Radien R. und R begrenzten ringförmigen Oberfläche klein genug gewählt werden kann, wobei das Auflösungsvermögen eines gewählten Auf ze.i chnungsmedi ums die Begrenzung bildet, können für mehrere simultane Tomogramme die Ansammlungen primärer Signalprofile in konzentrischen, ringförmigen und ineinander liegenden Bereichen aufgezeichnet werden.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf den Konfigurationen der Figuren 1 und angepasste Ausführungsformen beschränkt; für das allgemeine Erfindungsprinzip, wobei eine Ansaiiimlung primärer Signalprofile, wie ausgehend von einem im wesentlichen flachen, divergierenden Strahlungsbündel abgeleitet, geinäss einem bestimmten Bahnverlauf aufgezeichnet v/erden und wobei eine so aufgezeichnete Ansammlung anschliessend abgetastet wird gcmäss einer anderen Ansammlung von Abtastbahnen mit solchem Verlauf, dass die aus dieser Abtastung entwickelten sekundären Signalprofile dafür zu halten sind, ausgehend von einem Bündel paralleler Strahlen abgeleitet zu sein, ist die in Fig. 6 windergegebene Basiskonfiguration anwendbar, bei der dann durch Wahl der für die Aufzeichnung und Abtastung wirksamen Steuerfunktionen verschiedene Erfindungr.varianten möglich sind. BeL den Konfigurationen nach Fig. 1 und 2 sind diese Steuerfunktionen derart, dass die Aufzeichnung der primären Signalprofile gemäss

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kreisbogenförmigen Bahnen (diskontinuierliche Drehbewegung) oder gemäss Abwickelkurven, wie z.B. Zykloide (kontinuierliche Drehbewegung) ausgeführt wird, während die zur Bildung der sekundären Signalprofile angewendete Abtastung gemäss kreisbogenförmigen Bahnen stattfindet. Diese Steuerfunktionen können im allgemeinen so gewählt werden, dass sowohl die primären Signalprofile als auch die Bahnen, über welche diese abgetastet werden, um die sekundären Signalprofile abzuleiten, ein einfaches Linienmuster bilden. Folgende Möglichkeiten sind beispielsweise gegeben: die primären Signalprofile werden gemäss im wesentlichen geradlinigen Bahnen aufgezeichnet, die entweder nebeneinander oder unter_/?inander liegen, während die Abtastung gemäss krummlinigen Bahnen erfolgt, die das Muster primärer Signalprofilc durchschneiden; die primären Signalprofile werden gemäss gleichförmigen neben~oder unte ineinander liegenden krummlinigen Bahnen aufgezeichnet, während die Abtastung für die Rekonstruktion der sekundären Signalprofile über geradlinige Bahnen ausgeführt wird, die das Muster primärer Signalprofile durchschneiden; und die primären SignalprofiIe werden gemäss im wesentlichen geradlinigen Bahnen aufgezeichnet, die entweder nebon^_,einander oder untereinander liegen, während die Abtastung gemäss ebenfalls im wesentlichen geradlinigen Bahnen erfolgt, die das Muster primärer Signalprofile durchschneiden.

In der Situation, in der das zu untersuchende Objekt und die durch die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung gebildete Zusammensetzung eine relative Rotation erfahren, wird eine Reihe primärer Signalprofile erhalten, die je eine Funktion des Lagewinkels der Strahlungsquelle sind. Unter Hinweis auf Fig. 3 wird die Relation zwischen den primären und sekundären Signalprofilen für diese Situation abgeleitet werden. Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Konfiguration ist angenommen, dass die Strahlungsquelle sich über eine kreisbogenförmige Bahn mit Radius R um den Drehpunkt M von der Position P zur Poätion P usw. bewegt. Mit 1 ist ein Radius angegeben, der von der Strahlungsquelle herrührt, wenn diese sich in der Position P befindet, wobei dieser Radius 1 den Winkel (0 mit der Linie P M einschliesst. Mit 2 ist ein parallel zum Radius 1 verlaufender Radius angegeben, der von der Strahlungsquelle herrührt, wenn diese sich in der Pos^;iΛ on P befindet, d.h. nachdem eine Rotation um den Drehpunkt M über einen Winkel α ausgeführt ist. Die Bedingung, dass dieser Radius 2 parallel zum Radiur; 1 verläuft, ir,t, dass di <-> Summe dos Winkels CP , den der Radius 2 mit der Linie P M einschliefst und der Winkel α gleich CP

α "ο

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ist. M.a.W.: das sekundäre Signalprofil, das zur Richtung Ct gehört, wird dadurch erhalten, dass bei jeder Winkelverdrehung α der Strahlungsquelle die Transmission des Radius, den ein Winkel t/ = ™ -a mit der Verbindungslinie P M einschliesst, gemessen wird. Der Abstand von diesem Radius bis zum Drehpunkt M beträgt R.sinif =R.sin (If -a ). Die Strahlungstransmissionswerte, wie gemessen, wenn mit einem divergierenden Strahlungsbündel gearbeitet wird, z.B. eine Röntgenstrahlung, v/erden gegebenenfalls logarithmisiert, aufgezeichnet und beispielsweise derart, dass die aus diesem divergierenden Bündel abgeleiteten primären Signalprofile als Funktion des obengenannten Winkels Cf , sinus Cf, tangens Cf₁ oder im allgemeinen f((J), parallele gerade Linien sind, deren Relativabstand proportional dem Lagewinkel α der Röntgenquelle ist. Das der Richtung (J entsprechende sekundäre Signalprofil lässt sich dann als eine Linie durch den Punkt Q =0, α = (f finden und ist weiter charakterisiert durch

¹ ι ο

Es wird klar sein, dass die Bahn, über die zum Erhalten des sekundären Signalprofils abgetastet werden muss, eine gerade Linie ist, wenn das primäre Signalprofil, abgeleitet durch Messung mit einem divergierenden Bündel, als Funktion des Winkels Cf aufgezeichnet ist, während die genannte Abtastbahn als f(*/) verläuft, wenn das primäre Signalprofil als f (Cf ) aufgezeichnet ist. Dies ist in Fig. 4 erläutert.

Die sekundären Signalprofile müssen als Funktion des Strahlungswinkels O , mehr insbesondere als Funktion des Abstandes R. sin ^f bis zum Drehpunkt M zur Verfugung stehen, was mit sich bringt, dass, wenn die Abtastung geraäss der Geraden Cf erfolgt und z.B. die Zeit proportional diesem Abstand gewählt ist, ausgehend von Cf- O, mit zunehmender Geschwindigkeit abgetastet werden muss, um die erste Ableitung nach der Zeit der Funktion sin ^f konstant zu halten.

Welcher Verlauf als Funktion von Cf erhalten wird, hängt von der Geometrie der Strahlungsquelle und der Detektorvorrichtung ab, während dieser Verlauf noch weiter beeinflusst werden kann durch die optischen und elektronen-optischen Verzerrungen.

Denn wie aus Fig. 5 hervorgeht, verläuft bei einem flachen Detektor dr das primäre Profil gemäss Tangens CP, während bei einem gekrümmten Detektor mit

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-JA-

der Strahlungsquelle in einem Krümmungsmittelpunkt der Verlauf gemäss Sinus CP ist. Die sekundären Profile können beispielsweise durch eine angepasste Abtastung in der bildverstärkenden Röhre bb, die das von der Detektorvorrichtung entwickelte Bild über eine Optik ok empfängt, abgeleitet werden.

Um ein möglichst gleichmässiges sekundäres Profil zu erhalten, kann es von Vorteil sein, die primären Profile mit solcher Bahnbreite aufzuzeichnen, dass diese Bahnen zusammengeschlossen sind. Durch Variation der Breite der beim Abtasten der primären Profile durchlaufenen Bahn kann in bezug auf das Signal-Rauschverhältnis oder das Auflösungsvermögen eine Optimalisierung erhalten werden.

Bei dem in Fig. 6 wiedergegebenon Blockschaltbild einer allgemeinen Ausführungsform der Erfindung ist 1 eine Aufzeichnungsvorrichtung, in der von der Detektorvorrichtung abgeleitete elektrische Signale aufgezeichnet werden können. Eine solche Aufzeichnungsvorrichtung kann beispielsweise eine elektronische Bildwandlerröhre, eine Kathodenstrahlröhre mit nachleuchtendem Phosphorschirm oder einem kontinuierlichen zweidimensionalen magnetischen Blattspeicher umfassen. Die genannten von der Detektorvorrichtung abgeleiteten elektrischen Signale können dem Eingang I zugeführt werden. Mit der genannten Aufzeichnungsvorrichtung kann eine Abtastvorrichtung 2 zusammenwirken, welche die in der Aufzeichnungsvorrichtung aufgezeichnete Information abtasten kann, wobei die durch eine solche Abtastung erhaltenen elektrischen Signale am Ausgang U entwickelt werden. Die Bahnen, über welche die dem Eingang I zugeführte Information aufgezeichnet wird, werden durch eine afZeichnungssteuer nde Vorrichtung 3 bestimmt. Diese Aufzeichnungssteuerung ist abhängig von der Positionsinformation PI über die Stelle oder Richtung, von der aus das zu untersuchende Objekt von der Strahlungsquelle durchstrahlt wird. Die Reihe von Positionen, aus denen durchstrahlt wird, ist bei der Konfiguration nach Fig. 1 durch eine kreisförmige Bahn gegeben, die um die Rotationsachse verläuft, die sich durch das zu untersuchende Objekt erstreckt. In diesem Fall besteht die genannte Positionsinformation aus Lage- oder Positionswinkeln wie α.,α_ usw., wobei, davon ausgehend, dass die Grosse des Radius R ebenfalls eine gegebene Grosse ist, die von der Aufzeichnungssteuervorrichtung 3 zu verarbeitende Steuerinformation, die zum Eintragen der primären Signalprofile notwendig ist, völlig gegeben ist. Die Aufzeichnungssteuervorrichtung 3 gibt daher ansprechend

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auf die zugeführte Lagewinkelinformation, die γοη dem Translator 4 in entsprechende Positionssignale umgesetzt wird, an die Aufzeichnungsvorrichtung 1 Steuersignale ab, wodurch die zugeführten elektrischen Eingangssignale aufgezeichnet v/erden, z.B. gemäss den in Fig. 1 genannten krcisbogenförmigen Bahnen. Wie schon bemerkt, kann durch andere Positionsinformation erreicht werden, dass bei den von der Aufzeichnungssteuervorrichtung 3 infolgedessen abgegebenen Steuersignalen für die Aufzeichnungsvorrichtung 1 die Muster aufgezeichneter primärer Signalprofile beliebig geändert werden. Die von dem Translator 4 abgegebenen Positionssignale werden einem Funktionswandler 5 zugeführt, wodurch erreicht wird, dass die für die Abtastung steuernde Vorrichtung 6 bestimmten Steuersignale nach einer bestimmten Funktion mit den Signalen, durch welche die Steuerung der Vorrichtung 3 bestimmt wird, im Zusammenhang stehen. Wenn von der Konfiguration, wie in Fig. 1 wiedergegeben, ausgegangen wird, ist diese Relation durch einen Winkelunterschied ir gegeben, so dass zu jedem Lagewinkel et , der für die von der Vorrichtung 3 ausgeübte Steuerung bestimmend istjein Lagewinkel α + π gehört, der dann für die von der Vorrichtung 6 ausgeübte Steuerung bestimmend ist. Bei der von dieser Vorrichtung 6 auf die Abtastvorrichtung 2 ausgeübten Steußrwirkung wird erreicht, dass die aufgezeichneten primären Signalprofile gemäss den gewünschten Bahnen abgetastet werden. Bei der Konfiguration nach Fig. 1 sind dies die kreisbogenförmigon Bahnen, die je einen Krümraungsmittelpunkt haben, der durch α + ir und einen Krümmungsradius R bestimmt ist. Die für die Aufzeichnung der primären Signalprofile benötigten Steuersignale, sowie die für die Abtastung derselben benötigten Steuersignale können z.B. in einfacher Weise hergestellt werden mit Hilfe elektromechanischer, zur Übertragung von Winkelinformat.ion dienender Mittel, die mit dem Antriebsmechanismus gekoppelt sind, der die relative Drehbewegung des Objekts in bezug auf die von der Strahlungsquelle und der Detektorvorrichtung gebildete Zusammensetzung hervorrufen kann. Die aus einer solchen Abtastung erhaltenen Ausgangssignale, die am Ausgang U der Abtastvorrichtung entwickelt sind, sind dann repräsentativ für die sekundären Signalprofile, die air» Signalprofile zu betrachten sind, die durch ein imaginäres eingestrahltes Bündel paralleler Strahlen entstanden sind. Wie schon im Vorhergehenden daigelegt, muss die von der Abtastvorrichtung 2 ausgeübte Abtastwirkung über eine bestimmte Zeit in bezug auf die Aufzeichnung der primären Signalprofile nacheilen. Dazu ist zwischen dem Funktionswandler 5 und der Abtastungssteuervorrichtung 6 eine

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Verzögerungsvorrichtung 7 vorgesehen. Falls erwünscht, kann diese Verzögerungsvorrichtung variabel ausgebildet sein, um die genannte Verzögerung beliebig einstellen und den jeweiligen Betriebsbedingungen anpassen zu können.

Das von der Abtastvorrichtung 2 abgegebene Ausgangssignal U eignet sich nun zur weiteren Verarbeitung, wobei eine genaue Korrektur in bezug auf die Punktstreuungsfunktion schon vorher stattgefunden hat, so dass daraus durch Superposition ohne weiteres ein Tomogramm mit hohem Auflösungsvermögen erhalten werden kann, während von einer Strahlungsquelle mit einem divergierenden Strahlungsbündel ausgegangen wird. Obgleich dabei für die praktische Ausführung in erster Instanz an eine tomographische Bildrekonstruktion auf analogem Wege gedacht wird, ist es selbstverständlich ohne weiteres möglich, die Ausgangssignale U zu digitalisieren und die Bildrekonstruktion mittels eines Rechenzeuges Punkt-für-Punkt stattfinden zu lassen. Ein solches Verfahren kann von Vorteil sein, weil nicht der ganze Querschnitt, sondern nur bestimmte Bereiche darin, als wichtig betrachtet werden.

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Claims

ANSPROCHE

1./Vorrichtung, mit der unter Verwertung kurzwelliger Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung, ein Querschnittsbild eines zu untersuchenden Objekts gebildet wird, umfassend eine Quelle zum Erzeugen eines im wesentlichen flachen, divergierenden Bündels der betreffenden kurzwelligen Strahlung, einei Träger, der dazu dient, das zu untersuchende Objekt derart zu tragen, dass das Objekt von dem genannten Bündel durchstrahlt wird und eine Detektorvorrichtung zum Erzeugen und Verarbeiten von Signalprofilen, die ein Mass für die Strahlungsabsorption in dem von dem genannten Bündel bestimmten Querschnitt des Objekts sind und entstehen infolge einer Relativbewegung zwischen einerseits einer die genannte Strahlungsquelle und die genannte Detektorvorrichtung umfassenden Zusammensetzung und dem genannten Objekt andererseits, gekennzeichnet durch erste Mittel, die dazu dienen, in Abhängigkeit von einer Reihe erster Positionen, die die Strahlungsquelle nacheinander in bezug auf das Objekt einnimmt, eine entsprechende Ansammlung primärer Signalprofile aufzuzeichnen; und zweite Mittel, die dazu dienen, in Abhängigkeit von einer Reihe zv/eiter Positionen, die mit den genannten ersten Positionen im Zusammenhang stehen, die genannte Ansammlung primärer Signalprofile gemäss einer der genannten Reihe zv/eiter Positionen entsprechenden Ansammlung von Bahnen abzutasten, das alles derart, dass die jeder solcher Bahn entsprechenden Signalprofilfragmente zusammen ein sekundäres Signalprofil bilden, das repräsentativ ist für die Strahlungsabsorption des Objekts infolge eines imaginären Strahlungsbündels mit parallel einfallenden Strahlen aus einer Richtung entsprechend einer der genannten ersten Positionen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten, der Aufzeichnung der primären Signalprofile dienenden Mittel, aufzeichnungssteuernde Mittel umfassen, die so ausgebildet sind, dass jedes der genannten primären Signalprofile gemäss einer kreisbogenförmigen Bahn mit Radius R aufgezeichnet wird, und deren Mittelpunkt gemäss eindeutigem Zusammenhang mit der betreffenden der genannten ersten Positionen auf einem Kreis mit Radius R„ liegt, wobei gilt, dass R„ \ R₁ um den Punkt 0 herum, der die Drehachse der Strahlungsquelle in bezug auf das Objekt darstellt, und wobei der Anfang jedes primären Signalprofils auf einem Kreis liegt um

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den genannten Punkt O mit Radius R , wobei gilt, dass R^ \ O, jedoch ^ R„ sein kann, sowie auch durch die durch das Objekt verursachte Absorption des durch die Drehachse verlaufenden Radius aus dem von der betreffenden ersten Position ausgehenden Bündel bestimmt ist; und die genannten zweiten, der Abtastung der primären Signalprofile dienenden Mittel abtastungssteuernde Mittel umfassen, die so eingerichtet sind, dass die genante Ansammlung primärer, kreisbogenförmiger Signalprofile gemäns ebenfalls kreisbogenförmigen Bahnen je mit Radius R abgetastet wird, und deren betreffender Krümmungsmittelpunkt M in einem Punkt des genannten Kreises mit Radius R liegt, und welcher Krümmungsmittelpunkt dem der Krümmung der betreffenden abgetasteten primären Signalprofile abgewandten Ende der Mittellinie entspricht, die die Richtung des parallelen Bündels angibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Strahlungsbegrenzende Mittel zur Begrenzung der Streuung des fächerförmigen Bündels derart, dass jedes primäre Signalprofil solche Länge hat, dass einer der boiden durch die genannte Drehachse begrenzten Teile des betreffenden Objektquerschnitts völlig durchstrahlt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten aufzeichnungssteuernden Mittel sowie auch die genannten abtastungs·- steuernden Mittel ihre Steuersignale elektro-mechanischen, der Übertragung von Winkelinformation dienenden Mitteln entnehmen, die mit dem Antriebsmechanisinus gekuppelt sind, der die Relativbewegung des Objekts gegenüber der durch die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung gebildeten Zusammensetzung hervorrufen kann.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten Mittel dazu eingerichtet sind, mehrere in konzentrischen ringförmigen Bereichen liegende Ansammlungen primärer Signalprofile aufzuzeichnen; und die genannten zweiten Mittel dazu eingerichtet sind, die betreffende der Ansammlungen primärer Signalprofile gemäss einer entsprechenden Anzahl Ansammlungen von Bahnen abzutasten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten Mittel dazu eingerichtet sind, die genannten primären Signalprofile gerriäsr. im wesentlichen geradlinigem Bahnen aufzuzeichnen; und die genannten zweiten

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-ie··

Mrttel dazu eingerichtet sind, das Muster primärer Signalprofile geraäss krummlinigen Bahnen abzutasten, die das Muster primärer Signalprofile durchschneiden .

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten Mittel dazu eingerichtet sind, die genannten primären Signalprofile gemäss krummlinigen Bahnen aufzuzeichnen; und die genannten zweiten Mittel dazu eingerichtet sind, das Muster primärer Signalprofile gemäss im wesentlichen geradlinigen Bahnen, die dieses Muster primärer Signalprofile durchschneiden, abzutasten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten Mittel dizu eingerichtet sind, die genannten primären Signalprofile gemäss geradlinigen Bahnen aufzuzeichnen, und die genannten zweiten Mittel dazu eingerichtet sind, die also aufgezeichneten primären Signalprofile gemäss ebenfalls geradlinigen, parallel zueinander verlaufenden Bahnen abzutasten, die die betreffenden primären Signalprofile unter einem festen Winkel schneiden.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten Mittel dazu eingerichtet sind, die primären Signalprofile gemäss im longitudinalen Sinne aneinander anschliessenden oder sich überlappenden Bahnen aufzuzeichnen, und die genannten zweiten Mittel Vorkehrungen umfassen, die dazu dienen, die Breite der Bahnen, längs deren die betreffenden primären Signalprofile abgetastet werden, beliebig einzustellen.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch Verzögerungsmittel, die dazu dienen, die Wirkung der genannten zweiten Mittel in bezug auf die der genannten ersten Mittel zu verzögern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verzögerungsmittel mit Finstellorganen ausgebildet sind, mit denen die eingeführte Verzögerung auf einen gewählten Wert eingestellt werden kann.

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12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die genannten ersten und zweiten Mittel in einer Speichervorrichtung vereinigt sind, die in Form einer elektronischen Bildwandlerröhre ausgebildet ist, in der die betreffende Ansammlung primärer Signalprofile mittels eines Elektronenstrahles auf einer Prallplatte aufgezeichnet wird, wonach die betreffenden Signalprofile durch denselben oder einen anderen Elektronenstrahl abgetastet werden.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten Mittel eine Speichervorrichtung, die in Form einer Kathodenstrahlröhre mit nachleuchtendem Phosphorschirm ausgebildet ist, umfassen, und die genannten zweiten Mittel eine Bildabtaströhre umfassen, auf deren Eingangsfenster die auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre aufgezeichnete Ansammlung primärer Signalprofile auf optischem Wege abgebildet wird.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten Mittel eine Speichervorrichtung, die in Form eines kontinuierlichen zweidimensionalen magnetischen Blattspeichers ausgebildet ist, umfassen, wobei die Aufzeichnung der primären Signalprofile, sowie auch die Abtastung der sekundären Signalprofile durch Magnetköpfe stattfindet.

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