<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Röntgenonderzoekapparaat.
De uitvinding heeft betrekking op een röntgenonderzoekapparaat voorzien van een röntgenbron om een röntgenbeeld te vormen door het bestralen van een object met röntgenstraling, een röntgenbeeldversterker om het röntgenbeeld in een lichtbeeld om te zetten en een beeldopneemapparaat om uit het lichtbeeld een elektronisch beeldsignaal te vormen, welk beeldopneemapparaat is voorzien van een belichtingsregeling voor het leveren van een uit het elektronische beeldsignaal afgeleid regelsignaal aan een regelingang van een versterker van het beeldopneemapparaat, welke belichtingsregeling voorzien is van selectiemiddelen voor het kiezen van ten minste een meetveld in het lichtbeeld, een maximumbepaler voor het bepalen van een maximumniveau afgeleid van een maximale waarde van signaalamplituden van het met ten minste één meetveld overeenkomende beeldsignaal,
een minimumbepaler voor het bepalen van een minimumniveau afgeleid van een minimale waarde van signaalamplituden van het met ten minste een meetveld overeenkomende beeldsignaal en gemiddelde-bepaler voor het bepalen van een gemiddelde-niveau afgeleid van een gemiddelde waarde van signaalamplituden van het met ten minste één meetveld overeenkomende beeldsignaal.
Een dergelijk röntgenonderzoekapparaat is bekend uit het Duitse Auslegeschrift DE 26 10 845.
In dat bekende röntgenonderzoekapparaat wordt de gemiddelde waarde van het beeldsignaal in het meetveld gebruikt als röntgenregelsignaal voor het besturen van een voedingseenheid van de röntgenbron om de belichtingstijd, c. de röntgenpulsduur te regelen om voldoende beeldcontrast en beeldhelderheid te bereiken en om de röntgendosis waaraan een te onderzoeken patient wordt blootgesteld te beperken. Het bekende röntgenonderzoekapparaat is voorzien van een keuzeschakelaar om één van zes tevoren vastgelegde meetvelden te kiezen. Verder wordt in het bekende röntgenonderzoekapparaat het relatieve verschil van een maximale signaalamplitude en een minimale
<Desc/Clms Page number 2>
q.signaalamplitude gebruikt voor het regelsignaal om signaalversterking van het elektronische beeldsignaal in te stellen.
Door de versterker wordt uit het elektronische beeldsignaal een versterkt videosignaal afgeleid dat aan een monitor wordt toegevoerd om een beeld weer te geven. Bij een dergelijke regeling van de signaalversterking, waarbij alleen de minimale en de maximale signaalamplituden betrokken zijn en met name de gemiddelde signaalamplitude niet in aanmerking wordt genomen, treden vaak plotselinge overgangen in beeldhelderheid op in een op de monitor weergegeven beeld, wanneer er variatie is van afgebeelde objecten in het meetveld van het lichtbeeld. Met name bij dynamische beeldvorming, bijvoorbeeld tijdens doorlichten (fluoroscopie) zijn er plotselinge variaties in beeldhelderheden van de op de monitor weergeven achtereenvolgende beelden.
Het is, onder meer, een doel van de uitvinding te voorzien in een röntgenonderzoekapparaat waarbij tijdens dynamische beeldvorming verstoringen door de belichtingsregeling zoveel mogelijk vermeden worden.
Daartoe heeft een röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding als kenmerk dat de belichtingsregeling verder is ingericht om het regelsignaal te vormen met het maximumniveau wanneer het gemiddelde-niveau een eerste grenswaarde overschrijdt, met het minimumniveau wanneer het gemiddelde-niveau een tweede grenswaarde onderschrijdt en met een signaal-niveau dat tussen beide grenswaarden vloeiend verloopt als functie van het gemiddelde niveau.
Het is afhankelijk van de mate van verzwakking van de röntgenstraling in het bestraalde object wat de helderheid van het lichtbeeld op het uitgangsvenster van de röntgenbeeldversterker is. Door een beeldopneemapparaat, met name een videocamera, wordt het lichtbeeld opgenomen en omgezet in een videosignaal waarmee vervolgens het beeld wordt weergegeven, bijvoorbeeld op een monitor. Om de helderheid van dat weergeven beeld aan te passen is het röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding voorzien van een belichtingsregeling dat een regelsignaal levert om de versterker van het beeldopneemapparaat in te stellen. Daardoor worden een lichtbeeld met lage helderheid op het uitgangsvenster en een lichtbeeld met een hoge helderheid op het uitgangvenster weergegeven, op bijvoorbeeld de monitor, als beelden met min of meer
<Desc/Clms Page number 3>
dezelfde helderheid.
Om ervoor te zorgen dat de helderheid van het weergegeven beeld min of meer gelijk blijft wanneer de helderheid van het lichtbeeld op het uitgangsvenster verloopt, voorziet de belichtingsregeling van het röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding in het leveren van een regelsignaal met een vloeiend verloop. Met dat regelsignaal wordt de versterker op een vloeiend verlopende wijze ingesteld wanneer de helderheid van het lichtbeeld op het uitgangsscherm verandert. Verder wordt het beeldcontrast in het meetveld in het lichtbeeld op het uitgangsscherm bij de regeling van de versterker in aanmerking genomen doordat het maximumniveau en het minimumniveau van het regelsignaal worden afgeleid van het beeldcontrast, namelijk van minimale en maximale signaalamplituden, in het meetveld.
Daardoor wordt de versterker zo ingesteld dat een videosignaal wordt geleverd dat geschikt is voor het weergeven van het beeld met een optimaal beeldcontrast op bijvoorbeeld een monitor. Met name bij dynamische beeldvorming, zoals doorlichten (fluoroscopie) heeft die belichtingsregeling met een vloeiend verlopende instelling van de versterker als voordeel dat de gemiddelde helderheid van het weergegeven beeld steeds op nagenoeg de gewenste waarde blijft ondanks variatie van de gemiddelde helderheid en van het beeldcontrast op het uitgangsvenster. Derhalve blijven kunstmatige helderheidsvariaties en beeldcontrastvariaties die afdoen aan de diagnostische kwaliteit van de weergegeven beelden, achterwege.
Omdat geen afzonderlijke instelling van de versterker nodig is, waarbij het object wordt bestraald maar geen beeld met adequate diagnostische kwaliteit wordt gevormd vindt bovendien een efficiënt gebruik van de aan het object toegediende stralingsdosis plaats, hetgeen in het licht van mogelijk schadelijke nevenwerking van röntgenstraling op levende organismen bij medische diagnostiek een voordeel is.
Een voorkeursuitvoering van een röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat het minimumniveau, het maximumniveau en de grenswaarden instelbaar zijn.
In deze uitvoeringsvorm van een röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding is het verloop van het regelsignaalniveau, en daarmee het verloop van de instelling van de versterker als functie van de helderheid en van het beeldcontrast van het lichtbeeld op het uitgangsvenster instelbaar. Daarmee wordt een grotere vrijheid van beeldvormingsmethoden waarvoor de belichtingsregeling van het röntgenonderzoekappa- raat volgens de uitvinding een adequaat regelsignaal levert verkregen. Voor reeksen
<Desc/Clms Page number 4>
beelden met meer of minder beeldcontrast en/of helderheidsvariatie is de versterker instelbaar met het regelsignaal om een videosignaal te leveren voor weergave van zulke reeksen beelden met goede diagnostische kwaliteit.
Bovendien is door de instelmogelijkheid de belichtingsregeling gemakkelijk aan te passen aan verschillende voorkeuren van verschillende radiologen.
Een verdere voorkeursuitvoering van een röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat het signaalniveau van het regelsignaal een lineair verloop heeft als functie van het gemiddelde-niveau tussen beide grenswaarden.
Een van de eenvoudig te realiseren uitvoeringsvoorbeelden van een regelsignaal met een vloeiend verloop in een gewenst gebied is een regelsignaal dat in dat gebied lineair verloopt. Zo'n signaal wordt gerealiseerd door het bepaalde gemiddeldeniveau te vermenigvuldigen met een factor, die eventueel instelbaar gekozen kan worden. Een dergelijke vermenigvuldiging kan worden verricht met een elektronische vermenigvuldigingsschakeling. Het lineaire verloop is zonder verstoringen in het weergegeven beeld te introduceren te realiseren met een op zieh bekende elektronische vermenigvuldigingsschakeling.
Een verdere voorkeursuitvoering van een röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de belichtingsregeling is voorzien van rekenmiddelen voor het bepalen van een hulpregelsignaalniveau dat het maximumniveau aanneemt wanneer het gemiddelde-niveau aan de eerste grenswaarde gelijk is, dat het minimumniveau aanneemt wanneer het gemiddelde-niveau aan de tweede grenswaarde gelijk is, en van een eerste vergelijkingsschakeling voor het leveren van de kleinste van het maximumniveau en het hulpregelsignaalniveau, en van een tweede vergelijkingsschakeling voor het leveren van het regelsignaal waarvan het signaalniveau de grootste van het minimumniveau en het uitgangssignaal van de eerste vergelijkingsschakeling is.
Een ander eenvoudig te realiseren uitvoeringsvoorbeeld van een regelsignaal met een vloeiend verloop in een gewenst gebied is een regelsignaal dat is samengesteld uit een lineair hulpregelsignaal en de minimum-en maximumniveaus. De rekenmiddelen dienen er, onder anderen, voor om het als signaalniveau van het regelsignaal het hulpregelsignaalniveau te kiezen in het gebied waar het vloeiende, mn. lineaire verloop is gewenst en daarbuiten het als signaalniveau van het regelsignaal het maximum-, respectievelijk het minimumniveau te kiezen.
Met dit regelsignaal wordt de
<Desc/Clms Page number 5>
versterker ingesteld op een hoge versterking bij lage gemiddelde helderheid van het lichtbeeld op het uitgangsvenster, wordt de versterker ingesteld op een lagere versterking bij een hoge gemiddelde helderheid van dat lichtbeeld en de versterking verloopt vloeiend, mn. lineair, wanneer de helderheid van het lichtbeeld verandert. Verder is de versterking aangepast aan het beeldcontrast (in het meetveld) van het lichtbeeld doordat het regelsignaal afhankelijk is van de maximale en minimale signaalamplituden van het elektronische beeldsignaal.
Een verdere voorkeursuitvoering van een röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de selectiemiddelen zijn ingericht om ten minste een meetveld af te leiden uit het elektronische beeldsignaal.
De een of meerdere meetvelden worden bij voorkeur gekozen op basis van de beeldinformatie in het lichtbeeld. Zo wordt bereikt dat het regelsignaal wordt afgeleid uit interessante delen van het lichtbeeld en met name niet uit over-of onderbelichte gedeelten in het lichtbeeld. Door voor het afleiden met name onder-of overbelichte gebieden uit te sluiten wordt een regelsignaal verkregen waarin geen verstoringen optreden ten gevolge van onderbelichte gebieden die in het lichtbeeld ontstaan door röntgenabsorptiefilters in de röntgenbundel, of ten gevolge van overbelichte gebieden die ontstaan doordat primaire röntgenstraling op het ingangsscherm van de röntgenbeeldversterker valt. In uitzonderlijke situaties, bijvoorbeeld wanneer er geen beeldinformatie in het lichtbeeld beschikbaar is wordt toch een regelsignaal gevormd dat geen verstoringen veroorzaakt.
Wanneer een signaalamplitude een vooraf ingestelde bovengrens overschrijdt wordt door de belichtingsregeling een regelsignaal geleverd om het versterkte videosignaal in te stellen op een vooraf aangegeven topwaarde en wanneer een signaalamplitude een vooraf ingestelde ondergrens niet overschrijdt wordt door de belichtingsregeling een regelsignaal geleverd om het versterkte videosignaal in te stellen op een vooraf aangegeven dalwaarde. De top-en dalwaarden zijn bij voorkeur gekozen in overeenstemming met her'3ignaalamplitudenbereik waarbij een toestel, zoals een monitor, om het beeld weer te geven optimaal bedreven wordt.
Een beeldopneemapparaat om uit een lichtbeeld een elektronische beeldsignaal te vormen met een belichtingsregeling voorzien van selectiemiddelen voor het kiezen van ten minste één meetveld in het lichtbeeld, een maximumbepaler voor het bepalen van een maximumniveau afgeleid van een maximale waarde van signaalamp-
<Desc/Clms Page number 6>
lituden van het met ten minste één meetveld overeenkomende beeldsignaal,
een minimumbepaler voor het bepalen van een minimumniveau afgeleid van een minimale waarde van signaalamplituden van het met ten minste één meetveld overeenkomende beeldsignaal en gemiddelde-bepaler voor het bepalen van een gemiddelde-niveau afgeleid van een gemiddelde waarde van signaalamplituden van het met ten minste één meetveld overeenkomende is bij voorkeur verder ingericht om het regelsignaal te vormen met het maximumniveau wanneer het gemiddelde-niveau een eerste grenswaarde overschrijdt, met het minimumniveau tenzij het gemiddelde-niveau een tweede grenswaarde overschrijdt en met een signaal-niveau dat tussen beide grenswaarden vloeiend verloopt als functie van het gemiddelde niveau.
De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de bijgevoegde tekeningen, waarvan
Figuur 1 een blokschema van een röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding toont,
Figuur 2 een blokschema van een belichtingsregeling voor een röntgenapparaat volgens de uitvinding toont en
Figuur 3 een grafische voorstelling toont van een regelsignaal zoals dat geleverd wordt door de belichtingsregeling volgens Figuur 2, wanneer een uniform röntgenverzwakkend object in een beeld met uniforme helderheid wordt gebracht.
Figuur 1 toont een blokschema van een röntgenonderzoekapparaat volgens de uitvinding met een röntgenbron 1 die een röntgenstralenbundel 2 uitzendt om een rÏntgenbee1d van een doorstraald object 3, bijvoorbeeld een te onderzoeken patient, te vormen op het ingangsscherm 4 van een röntgenbeeldversterker 5. Het röntgenbeeld wordt door de röntgenbeeldversterker omgezet in een lichtbeeld op het uitgangsvenster 6. Het lichtbeeld wordt met een lenzenstelsel 7 afgebeeld op een videocamera 8 die uit het lichtbeeld een elektronische beeldsignaal vormt. Het elektronische beeldsignaal wordt enerzijds toegevoerd aan een ingangsklem 9 van een versterker 10. Anderzijds wordt het elektronische beeldsignaal toegevoerd aan een belichtingsregeling 20.
De
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
belichtingsregeling levert een regelsignaal als röntgenregelsignaal aan een voedingseenheid 11 van de röntgenbron 1 om de intensiteit, de energie en de pulsduur van de door de röntgenbron uitgezonden straling te regelen. De belichtingsregeling levert ook een regelsignaal als belichtingsregelingssignaal aan een regelingang 12 van de versterker 9 om de versterldng van het elektronische beeldsignaal in te stellen. Aan een uitgangsklem 13 van de versterker 10 is een videosignaal beschikbaar dat toegevoerd wordt aan een monitor 15 waar een beeld bekeken kan worden, of het videosignaal wordt geleverd aan een bufferschakeling 16 in afwachting van verdere beeldverwerking. De versterking van het elektronische beeldsignaal wordt zo ingesteld dat hinderlijke helderheidsvariaties bij dynamische beeldvorming zoveel mogelijk achterwege blijven.
In het in Figuur 1 getoonde uitvoeringsvoorbeeld is de versterker 10 getekend in serie geschakeld met de videocamera 8. In dit geval vormen de videocamera met de versterker 10 een beeldopneemapparaat 14 voor het opnemen van het lichtbeeld op het uitgangsvenster 6 en het omzetten in een videosignaal. Het is overigens even goed mogelijk de versterker 10 in de videocamera 8 op te nemen, dan vormt de videocamera zelf het beeldopneemapparaat.
Figuur 2 toont een blokschema van een belichtingsregeling voor een röntgenapparaat volgens de uitvinding. Met een meetveldselector 30 wordt uit het elektronische beeldsignaal een meetveld-videosignaal gevormd dat overeenstemt met een deel van het lichtbeeld. Zo'n deel wordt gekozen om dat gedeelte van het beeld te omvatten dat van belang is om beeldcontrast en beeldhelderheid te optimaliseren.
Bijvoorbeeld is voor cardio-röntgenonderzoek zo'n deel een cirkelschijf in het midden van het beeld, en voor perifere angiografie is zo'n deel een of meer stroken in het beeld. Het meetveld kan ook uit het elektronische beeldsignaal worden afgeleid om het regelsignaal te baseren op een deel van het beeld dat in het bijzonder van belang is, of ook om irrelevante delen van het beeld, zoals onder- te sluiten van de vorming van het regelsignaal. Het meetveld-videosignaal wordt toegevoerd aan een maximumbepaler 31, een minimumbepaler 32 en een gemiddelde-bepaler 33, die respectievelijk de hoogste, de laagste, en de gemiddelde signaalwaarde in het meetveldvideosignaal.
De maximum-, minimum-en bepalen kunnen opgebouwd zijn uit elektronische componenten, zoals integratieschakelingen met operatieve versterkers en halfgeleiderdioden, die als gemtegreerde schakeling kan zijn uitgevoerd, zoals op
<Desc/Clms Page number 8>
of overbelichte delen uitzieh bekend uit het Duitse Auslegeschrift DE 26 10 845 (Figur 2) Aan de respectievelijke uitgangsklemmen van de maximum-, minimum- en gemiddelde-bepalers zijn een maximumsignaal Vc, een minimumsignaal V min en een gemiddelde-signaal Vav beschikbaar.
Desgewenst kunnen verschillende meetvelden gekozen worden om toe te voeren aan respectievelijk de maximumbepaler, de minimumbepaler en de gemiddelde-bepaler.
Het maximumsignaal wordt toegevoerd aan een eerste multiplicator 34 en vermenigvuldigd met een factor a2-1, het minimumsignaal wordt toegevoerd aan een tweede multiplicator 35 en met een factor-al vermenigvuldigd. De uitgangssignalen van de beide multiplicatoren 34,35 en van de gemiddelde-detector 33 worden bij elkaar opgeteld in een opteller en het opgetelde signaal aan de uitgangsklem van de opteller 36 wordt met een deler 37 gedeeld door een factor a2-al. De uitgangsklem van de deler 37 levert een signaal Vs, dat een combinatie van de maximum-minimum en gemiddeldesignalen is, nl.
EMI8.1
Als ingangssignalen voor een vergelijkingsschakeling 38 worden het signaal Vs van de uitgangsklem van de deler 37 en het maximumsignal V max van de uitgangsklem van de maximumbepaler 31 toegevoerd. De vergelijkingsschakeling 38 levert als uitgangssignaal een signaal met amplitude die de kleinste is van de aan de vergelijkingsschake- ling 38 toegevoerde ingangssignalen. Het uitgangssignaal van de vergelijkingsschakeling 38 wordt vervolgens met het minimumsignaal van de uitgangsklem van de minimumbepaler 32 als ingangssignaal toegevoerd aan een tweede vergelijkingsschakeling 39. De tweede vergelijkingsschakeling 39 vormt uit de aan haar toegevoerde ingangssignalen een uitgangssignaal met een amplitude die de grootste is van de toegevoerde ingangssignalen.
Aan de uitgangsklem van de tweede vergelijkingsschakeling 39 is nu het regelsignaal beschikbaar. Dat regelsignaal VR heeft derhalve het volgende verband met de minimum-, maximum-en gemiddelde-signalen :
EMI8.2
Dit regelsignaal heeft als voordeel dat de variaties van het regelsignaal ten gevolge van helderheids-en contrastvariaties in het lichtbeeld een regelmatig verloop hebben zodat met name bij dynamische beeldvorming plotselinge hinderlijke helderheidsvariaties in het weergegeven beeld worden vermeden.
De regelmatigheid van het verloop van het regelsignaal wordt verder
<Desc/Clms Page number 9>
verklaard aan de hand van een voorbeeld. Daartoe toont figuur 3 een grafische voorstelling van een regelsignaal zoals dat geleverd wordt door de belichtingsregeling volgens Figuur 2, wanneer in plaats van een te onderzoeken patient 3, een uniform röntgenverzwakkend voorwerp in een beeld met uniforme helderheid wordt gebracht. Wanneer dat voorwerp, bijvoorbeeld een koperplaat met uniforme dikte en samenstelling de röntgenstralenbundel 2 in wordt bewogen wordt zal een bedekkingsfractie a van het meetveld dat overeenkomt met een gedeelte van de röntgenstralenbundel toenemen van 0 tot 1.
Dit wordt verduidelijkt aan de hand van de inzet in Figuur 3, waarin een cirkelvormig meetveld 40 wordt getoond die deels bedekt wordt door het schaduwbeeld 41 van de in de röntgenstralenbundel geplaatste koperplaat. Wanneer die koperplaat de röntgenstralenbundel in wordt bewogen verplaatst haar schaduwbeeld zich. over het meetveld zoals met de pijl aangegeven. Voor het gemiddelde-signaal dat door de gemiddeldebepaler wordt geleverd geldt nu eenvoudig dat
EMI9.1
en de uitdrukking (1) voor Vs kan dan herschreven worden als
EMI9.2
Dus wanneer de bedekkingsfractie a toeneemt tussen de vooraf ingestelde grenswaarden al en a2 daalt de amplitude van het regelsignaal VR van de waarde V naar de waarde V min.
V oor bedekkingsfracties kleiner dan al heeft de amplitude van het regelsignaal de waarde V terwijl voor bedekkingsfracties groter dan a2 het regelsignaal een amplitude Vm heeft. Langs een tweede horizontale as in Figuur 3 is het gemiddelde-signaal V, uitgezet zodat Figuur 3 ook het regelsignaal toont als functie van het gemiddelde-signaal V, Wanneer het gemiddelde-signaal Vav een eerste grenswaarde V1 overschrijdt heeft het regelsignaal VR het maximumniveau V max. Wanneer het gemiddeldesignaal Vav een tweede grenswaarde V2 onderschrijdt heeft het regelsignaal VR het minimumniveau V,. Wanneer de waarde van het gemiddelde-signaal tussen de beide grenswaarden ligt verloopt het regelsignaal lineair.
Het resultaat van deze belichtingsregeling is dat de signaalversterking van het elektronische beeldsignaal op een gelijkmatige wijze wordt ingesteld wanneer contrast en helderheid in het lichtbeeld op het uitgangsvenster 6 veranderen. Ook het regelen van de voedingseenheid 11 met het regelsignaal dat door de belichtingsregeling 20 geleverd wordt geschiedt gelijkmatig.
Door deze gelijkmatige regelingen worden plotselinge variaties in het signaal-niveau van
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
het video-signaal vermeden en wordt voorkomen dat zieh plotselinge ongewenste helderheidsvariaties in het beeld, dat op basis van het versterkte video-signaal op de monitor weergegeven wordt, voordoen.