DE10330645A1

DE10330645A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds

Info

Publication number: DE10330645A1
Application number: DE10330645A
Authority: DE
Inventors: Reiner Heumann; Manfred Dr. Pfeiler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-02-10
Also published as: WO2005003813A2; WO2005003813A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbilds mit einem Röntgenbildverstärker, bei dem infolge einfallender Röntgenstrahlung (R) einer Fotokathode (1) freie Elektronen (2) erzeugt und die freien Elektronen (2) mittels Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen auf einen Ausgangsleuchtschirm (3) beschleunigt werden, wobei durch eine Absorption der freien Elektronen (2) im Ausgangsleuchtschirm (3) Szintillationslicht erzeugt und das Szintillationslicht von einer dem Röntgenbildverstärker nachgeordneten Kamera (5) erfasst wird. Um die Baugröße zu reduzieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Beschleunigungs- und Ablenkungsspannung automatisch so geregelt werden, dass eine Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm (3) emittierten Szintillationslichts einen vorgegebenen Dynamikbereich der Kamera (5) nicht unter- oder überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9.

Eine solche Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren sind z. B. aus Schulz R. F., Fortschr Röntgenstr 2001; 173: 1137–1146 bekannt. Das darin beschriebene Röntgenbildverstärkerfernsehsystem (RBV-FS-System) besteht im Wesentlichen aus einem Röntgenbildverstärker, einer nachgeschalteten Licht-Optik und einer der Licht-Optik nachgeordneten Kamera. Der Röntgenbildverstärker wandelt eingangsseitig einfallende Röntgenstrahlung in Licht um, welches seinerseits über eine Fotokathode Elektronen erzeugt. Die Elektronen werden mittels einer Elektronen-Optik auf einen ausgangsseitigen Ausgangsleuchtschirm beschleunigt und fokussiert. Das dort entstehende Bild wird über die Licht-Optik, z. B. in einem telezentrischen Strahlengang, auf eine Detektorfläche einer Kamera projiziert wird. Von der Kamera kann das Röntgenbild auf ein Bildwiedergabegerät übertragen und sichtbar gemacht werden.

Um eine Übersteuerung der Kamera durch zu hohe Intensitäten des vom Ausgangsleuchtschirm emittierten Szintillationslichts zu vermeiden, kann die Licht-Optik mehrere Teilobjektive und eine mechanische Blende aufweisen. Mittels der mechanischen Blende kann die auf die Detektorfläche der Kamera einfallende Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm emittierten Szintillationslichts eingestellt werden. – Ein herkömmliches RB-FS-System ist komplex. Seine Herstellung ist aufwändig.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, welche zu einer das Röntgengerätedesign begünstigenden Kompaktheit führt. Des Weiteren soll eine Verbesserung der Übertragung der Bildinformation vom Eingang des Röntgenbildverstärkers zur Fernsehkamera erfolgen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 8 und 10 bis 16.

Nach Maßgabe der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbilds unter Verwendung eines Röntgenbildverstärkers vorgesehen, dass die Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen so geregelt werden, dass eine Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm emittierten Szintillationslichts einen vorgegebenen Dynamikbereich der Kamera nicht unter- oder überschreitet.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann eine wesentliche Vereinfachung des RBV-FS-Systems erreicht werden. Ferner können damit die Dynamik und die Bildübertragungseigenschaften des RBV-FS-Systems verbessert werden.

Erfindungsgemäß wird die Intensität des auf die Kamera einfallenden Szintillationslichts nicht mit einer Blende oder dgl., sondern durch die Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen geregelt und auf den Dynamikbereich der Kamera angepasst. Es kann auf eine Blende verzichtet werden. Die Licht-Optik kann unter Weglassung einer Blende ausgeführt werden oder sogar völlig wegfallen. Die Baugröße und das Gewicht eines RBV-FS-Systems können damit verkleinert werden. Der Begriff "Kamera" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung allgemein zu verstehen. Es kann sich dabei z. B. um eine Kamera mit Fernsehaufnahmeröhre oder um einen Halbleiterbildsensor, z. B. einen CCD-Chip, handeln.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm emittierten Szintillationslichts gemessen und in Abhängigkeit des gemessenen Werts werden die Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen innerhalb vorwählbarer Bereiche geregelt. Zur Messung des vom Ausgangsleuchtschirm emittierten Szintillationslichts kann ein dem Ausgangsleuchtschirm nachgeordneter Sensor oder die Kamera, vorzugsweise zusammen mit einer nachgeordneten Bildübertragungs- und/oder -verarbeitungseinrichtung, verwendet werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung werden die Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen automatisch in Abhängigkeit einer gewählten Strahlungsleistung der Röntgenquelle stufenweise eingestellt. In diesem Fall können mehrere vorgegebene Empfindlichkeitsstufen vorgesehen sein. Je nach der vom Anwender gewählten Röntgendosis können mittels einer Stell- bzw. Regeleinrichtung automatisch eine geeignete Empfindlichkeitsstufe gewählt und die dazu korrespondierenden Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen angelegt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Anwender manuell einen automatisch vorgegebenen Empfindlichkeitsbereich ändert.

Um eine u.U. durch die Regelung hervorgerufene Helligkeitsfluktuation bei der Bilderzeugung zu vermeiden, kann eine mittlere Bildhelligkeit eines der Kamera nachgeschalteten Bildwiedergabegeräts innerhalb eines vorgegebenen Intervalls gehalten werden.

Nach einer Ausgestaltung werden zu bestimmten Intensitätsintervallen des Szintillationslichts korrespondierende Signale komprimiert. Z. B. können zu hohen Intensitäten des Szintillationslichts korrespondierende Signale auf ein kleineres Intervall komprimiert werden als zu niedrigen Intensitäten des Szintillationslichts korrespondierende Signale. Dazu kann bei der Bildübertragung eine geeignete nichtlineare Kennlinie verwendet werden.

Von Vorteil ist es, dass die Detektorfläche der Kamera das Substrat der Ausgangsleuchtschirms bildet. In diesem Fall bilden die Kamera und der Ausgangsleuchtschirm ein einheitli ches und kompaktes Bauelement. Die herkömmliche Licht-Optik fällt in diesem Fall vollständig weg. Das ermöglicht die Herstellung eines besonders kompakten RBV-FS-Systems.

Als Kamera kann zweckmäßigerweise eine eine Kamera mit Fernsehaufnahmeröhre oder ein Halbleiterbildsensor, z. B. CCD-Chip, verwendet werden.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds vorgeschlagen, bei der eine Einrichtung zur Regelung der Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen vorgesehen ist, so dass eine Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm emittierten Szintillationslichts einen vorgegebenen Dynamikbereich der Kamera nicht unter- oder überschreitet.

Durch das Vorsehen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einrichtung zur Regelung der Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen kann auf eine herkömmliche Licht-Optik mit einer Blende oder dgl. verzichtet werden. Die Licht-Optik kann vereinfacht oder völlig weggelassen werden. Das vereinfacht den Aufbau und die Struktur eines RBV-FS-Systems in einer für das Gerätedesign vorteilhaften Weise. Es können insbesondere dessen Baugröße und Gewicht erheblich vermindert werden.

Wegen der weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen wird auf die zum Verfahren beschriebenen Merkmale verwiesen, die sinngemäß auch Ausgestaltungen der Vorrichtung beschreiben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines RBV-FS-Systems nach dem Stand der Technik und
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen RBV-FS-Systems und
3 eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bei dem in 1 gezeigten ersten RBV-FS-System fällt Röntgenstrahlung R auf eine auf einer Fotokathode 1 aufgebrachte Leuchtschicht. Von der Fotokathode 1 emittierte freie Elektronen 2 werden mittels einer geeigneten Beschleunigungsspannung beschleunigt und mittels von an der Elektronenoptik anliegenden Ablenkungs- bzw. Fokussierungsspannungen auf einen Ausgangsleuchtschirm 3 abgebildet. Ein dabei erzeugtes Szintillationslicht wird mittels einer Licht-Optik 4, die mit einem telezentrischen Strahlengang ausgeführt sein kann, auf eine Kamera 5 abgebildet.
In 2 ist ein RBV-FS-System nach dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei ist die Kamera, z. B. ein CCD-Chip, unmittelbar mit dem Ausgangsleuchtschirm 3 verbunden. Dazu kann z. B. der CCD-Chip als Substrat hergenommen werden und darauf der Leuchtstoff aufgebracht werden. Die nach dem Stand der Technik bekannte Lichtoptik 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel vollständig weggelassen worden. Die Intensität des von der Leuchtstoffschicht 3 emittierten Szintillationslichts wird durch eine Veränderung der Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen geregelt.
3 zeigt schematisch die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mit dem Bezugszeichen 6 ist ein die Fotokathode 1 und den Ausgangsleuchtschirm 3 umfassender Röntgenbildverstärker bezeichnet. Der Kamera 5 ist eine Bildverarbeitungseinrichtung 7 nachgeordnet. Eine Regelungseinrichtung 8 ist zur Regelung der Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen mit einer Spannungsversorgung 9 für eine Elektronen-Optik verbunden. Eine Einrichtung zur Signalabfrage und -bewertung ist mit dem Bezugszeichen 10, ein der Bildverarbeitungseinrichtung 7 nachgeordneter Ausgangsbildschirm mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet.
Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:
Im vorliegenden Beispiel wird eine von der Kamera 5 erfasste Intensität des Szintillationslichts ständig gemessen. Die Messwerte werden mit der Einrichtung 10 zur Signalabfrage und -bewertung ausgewertet. Mit der Einrichtung 10 können nach einem vorgegebenen Algorithmus Stellgrößen für die Regelungseinrichtung 8 wie auch für die Bildverarbeitungseinrichtung 7 erzeugt werden. Unter Verwendung der Stellgrößen regelt die Regelungseinrichtung 8 die Spannungsversorgung 9 und damit die Intensität des vom Leuchtschirm 3 der Elektronen-Optik 6 emittierten Szintillationslichts.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Intensität des Szintillationslichts mit einem besonderen Sensor, beispielsweise einer Fotodiode oder mit der Bildverarbeitungseinrichtung 7 zu messen. In diesem Fall können die gemessenen Werte ebenfalls in Stellgrößen umgesetzt und mittels der Regelungseinrichtung 8 zur Regelung der Spannungsversorgung 9 verwendet werden.
Wie aus 3 ersichtlich ist, kann die Regelungseinrichtung 8 mit der Bildverarbeitungseinrichtung 7 gekoppelt sein. Damit ist es möglich, zeitgleich mit der Ansteuerung der Spannungsversorgung 9 der Bildverarbeitungseinrichtung 7 entsprechende Informationen über die vorgenommene Regelung zu übermitteln. Mittels eines geeigneten weiteren Algorithmus kann einer durch die Regelung bewirkten Helligkeitsfluktuation sofort entgegengewirkt werden. Es kann dafür gesorgt werden, dass für kleine und mittlere Signalgrößen das Signalübertragungsverhalten beibehalten und für hohe Signalgrößen komprimiert übertragen werden.
Um den Dynamikbereich bei der Bilderzeugung zu vergrößern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine nichtlineare Kennlinie zur Bilderzeugung zu verwenden. Es kann z. B. ein weit gespreizter Bereich hoher Szintillationslichtintensitäten einem oberen Drittel der mit dem Ausgangsbildschirm 11 darstellbaren Helligkeitswerte zugeordnet werden, wohingegen ein engerer Bereich niedrigerer Szintillationslichtintensitäten auf einen breiten Bereich, z. B. 2/3 der mit dem Ausgangsbildschirm 11 darstellbaren niedrigeren Helligkeitswerte zugeordnet wird.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbilds mit einem Röntgenbildverstärker (6), bei dem infolge einfallender Röntgenstrahlung (R) mittels einer Fotokathode (1) freie Elektronen (2) erzeugt und die freien Elektronen (2) mittels Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen auf einen Ausgangsleuchtschirm (3) beschleunigt werden, wobei durch eine Absorption der freien Elektronen (2) im Ausgangsleuchtschirm (3) Szintillationslicht erzeugt und das Szintillationslicht von einer dem Röntgenbildverstärker nachgeordneten Kamera (5) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen so geregelt werden, dass eine Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm (3) emittierten Szintillationslichts einen vorgegebenen Dynamikbereich der Kamera (5) nicht unter- oder überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm (3) emittierten Szintillationslichts gemessen und in Abhängigkeit des gemessenen Werts die Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Messung des vom Ausgangsleuchtschirm (3) emittierten Szintillationslichts ein dem Ausgangsleuchtschirm (3) nachgeordneter Sensor oder die Kamera (5), vorzugsweise zusammen mit einer nachgeordneten Bildübertragungs- und/oder -verarbeitungseinrichtung (7), verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen automatisch in Abhängigkeit einer gewählten Strahlungsleistung einer Röntgenquelle stufenweise eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine mittlere Bildhelligkeit eines der Kamera (5) nachge schalteten Bildwiedergabegeräts (11) innerhalb eines vorgegebenen Intervalls gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zu bestimmten Intensitätsintervallen des Szintillationslichts korrespondierende Signale komprimiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Detektorfläche der Kamera (5) das Substrat des Ausgangsleuchtschirms (3) bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Kamera (5) eine Fernsehkamera mit einem Halbleiterbildsensor, z. B. CCD-Detektor, verwendet wird.
Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds, umfassend einen Röntgenbildverstärker mit einer Fotokathode (1), einer Einrichtung (9) zur Erzeugung von Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen zur Beschleunigung von freien, aus der Fotokathode (1) austretenden Elektronen (2) auf einen Ausgangsleuchtschirm (3), und umfassend des Weiteren eine Kamera (5) zur Erfassung von vom Ausgangsleuchtschirm (3) emittiertem Szintillationslicht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (8) zur Regelung der Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen vorgesehen ist, so dass eine Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm (3) emittierten Szintillationslichts einen vorgegebenen Dynamikbereich der Kamera (5) nicht unter- oder überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Mittel zur Messung der Intensität des vom Ausgangsleuchtschirm (3) emittierten Szintillationslichts und eine Einrichtung (8) zur Regelung der Beschleunigungs- und Ablenkungsspannungen in Abhängigkeit des gemessenen Werts vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Mittel zur Messung des vom Ausgangsleuchtschirm (3) emittierten Szintillationslichts ein dem Ausgangsleuchtschirm (3) nachgeordneter Sensor oder die Kamera (5), vorzugsweise zusammen mit einer nachgeordneten Bildübertragungs- und/oder -verarbeitungseinrichtung (7), ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei eine Einrichtung zur automatischen stufenweisen Einstellung der Beschleunigungs- und Ablenkungsspannung in Abhängigkeit einer gewählten Strahlungsleistung der Röntgenquelle vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine Einrichtung (7) zum Halten einer mittleren Bildhelligkeit eines der Kamera (5) nachgeschalteten Bildwiedergabegeräts (11) innerhalb eines vorgegebenen Intervalls vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei eine Einrichtung zum Komprimieren zu bestimmten Intensitätsintervallen des Szintillationslichts korrespondierenden Signalen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, eine Detektorfläche der Kamera (5) das Substrat des Ausgangsleuchtschirms (3) bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Kamera (5) eine Fernsehkamera, vorzugsweise eine CCD-Kamera, ist.