DE4137724C2 - Digitales Radiographiesystem mit einer Röntgenbildverstärkerröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Radiographiesystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Radiographiesystem ist aus der Literaturstelle "Röntgenblätter, 6/1972", S. 244-274, bekannt. Die dort aufge­ führten Röntgenbildverstärkerröhren besitzen Eingangsbilddurch­ messer im Bereich von 150 bis 300 mm; die Ausgangsbilder werden auf ein Kamerasystem, beispielsweise eine 70- oder 100-mm- Einzelbildkamera, gelenkt.

Bei einem in der DE-32 11 944-A1 vorgeschlagenen Radiographie­ system werden zur Aufnahme der Röntgenbilder eine Filmkamera mit Filmformaten zwischen 35 und 105 mm und eine Röntgenbild­ verstärkerröhre von 35 cm Eingangsbilddurchmesser eingesetzt.

Schließlich offenbart die DE-38 42 649-A1 ein Röntgenradio­ graphiegerät der genannten Art zur Ansicht der Röntgenbilder an einem Monitor oder zur Speicherung derselben auf einem Magnet­ speicher.

Die Kombination einer Röntgenbildverstärkerröhre mit einer Videokamera wird in verschiedenen Diagnosesystemen eingesetzt, z. B. bei Röntgen-Fernsehsystemen und -Radiographiesystemen. In einem System, das als digitales Radiographie (DR)-System be­ zeichnet wird, werden Videosignale, die mit Hilfe einer Rönt­ genbildverstärkerröhre und einer Videokamera erhalten werden, in digitale Daten umgewandelt, und diese werden einem Bildpro­ zessor zugeführt. Bei der digitalen Fluoreszenzangio­ graphie(DFA)-Technik, wie sie in der US-4,204,225-A angegeben ist, werden Bilder von im Kontrast verstärkten Gefäßen dadurch erzeugt, daß Bilddaten, wie sie nach einer Injektion erhalten werden, von solchen abgezogen werden, wie sie vor der Injektion erhalten werden.

Viele käufliche digitale Radiographiesysteme verwenden Röntgen­ bildverstärkerröhren mit Bildeingangsflächen von etwa 225 bis 400 mm. Die Ausgangsbildgröße derartiger Röhren ist 20 bis 35 mm. Das Verhältnis der Bildeingangsfläche zur Bildausgangs­ fläche (inverser Wert des Bildverkleinerungsverhältnisses) überschreitet den Wert 9.

Andererseits sind Röntgenbildverstärkerröhren für direkte Beob­ achtung bekannt. Die Ausgangsbildgröße einer der Röhren von diesem Typ ist 100 mm, und das Verhältnis der Eingangsbildgröße zur Ausgangsbildgröße ist 5,7. Eine andere Röhre weist eine Ausgangsbildgröße von 205 mm auf, was genau der Eingangsbild­ größe der Röhre entspricht.

Aus Untersuchungen wird deutlich, daß die Ausgangsbildgröße der Röntgenbildverstärkerröhre der bekannten digitalen Radio­ graphiesysteme die räumliche Auflösung des Systems begrenzt. In digitalen Radiographiesystemen können die herkömmlichen Rönt­ genbildverstärkerröhren für direkte Beobachtung nicht verwendet werden. Ein Bilderfassungsteil eines digitalen Radiographie­ systems ist an einem Tisch angebracht, auf dem ein Patient ge­ lagert wird. Der Tisch weist einen Neige- und Drehmechanismus auf, um vom Patienten Röntgenbilder in verschiedenen Stellungen aufnehmen zu können. Darüber hinaus ist die Höhe des Tisches, wenn er auf einen gewissen Level gestellt ist, auf einen Wert begrenzt, der einfachen Zugang ermöglicht. Daher bestehen prak­ tische Begrenzungen für die Abmessungen des Bilderfassungs­ teils eines digitalen Radiographiesystems. Die herkömmlichen Röntgenbildverstärkerröhren für direkte Beobachtung weisen große Abmessungen, insbesondere große Tiefen auf. Darüber hin­ aus ist die Ausgangsbildgröße derselben zu groß, weswegen die Abmessungen des Objektivs zum Fokussieren des Ausgangsbildes auf eine Videokamera zu groß werden. Wenn eine derartige Rönt­ genbildverstärkerröhre in einem digitalen Radiographiesystem verwendet wird, überschreiten die Abmessungen des Bild­ erfassungsteils, das eine Röntgenbildverstärkerröhre, ein Objektiv und eine Videokamera aufweist, für die Praxis vernünf­ tige Grenzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitales Radio­ graphiesystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sowohl einzelne Momentaufnahmen von Röntgenbildern als auch die direkte Beobachtung in Echtzeit möglich ist, und das im Ver­ gleich zu bekannten Radiographiesystemen eine hohe Aufnahme­ empfindlichkeit mit hohem Auflösungsvermögen bei kompaktem Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das Bilderfassungsteil des erfindungsgemäßen digitalen Radio­ graphiesystems weist eine Röntgenbildverstärkerröhre mit einer Eingangsbildgröße von 250 bis 450 mm im Durchmesser, einer Aus­ gangsbildgröße von 58 bis 62 mm im Durchmesser und einem Ver­ hältnis der Eingangsbildgröße zur Ausgangsbildgröße im Bereich von 4 bis 8 auf. Darüber hinaus gehören zum Bilderfassungsteil noch eine Videokamera, die das Ausgangsbild der Röntgenbildver­ stärkerröhre aufnimmt, sowie ein Objektiv, das das Ausgangsbild der Röntgenbildverstärkerröhre auf die Videokamera fokussiert.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Spiegel zum Ändern des Strahlenganges des Bildes zwischen die Linsen des Objektivs eingefügt, und die Tiefe des Bilderfas­ sungsteils beträgt zwischen 700 und 800 mm.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch Figuren ver­ anschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Radiographiesystems nach Anspruch 1 veranschaulicht.

Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch ein Bilderfassungsteil des Ausführungsbeispiels.

Fig. 3A und 3B sind Seitenansichten des Bilderfassungsteils bzw. eines anderen Bilderfassungsteils, wie es beim Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 verwendet werden kann.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das Bereiche der Abmessungen der erfindungsgemäßen Röntgenbildverstärkerröhre im Vergleich zu den Abmessungen bei einer herkömmlichen Röhre zeigt.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die räumliche Auflösung einer erfindungsgemäßen Röntgenbildverstärkerröhre im Vergleich zu einer bekannten Röntgenbildverstärkerröhre zeigt.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines digitalen Echtzeit-Radiographiesystems. Röntgenstrahlen, die von einer Röntgenröhre 2 erzeugt werden, bestrahlen ein Objekt 3. Die Röntgendosis wird von einer Röntgendosissteuerung 1 ein­ gestellt. Eine Röntgenbildverstärkerröhre 4 wandelt das Rönt­ genbild des Objekts 3 in ein optisches Bild um. Ein Objektiv 5 überträgt das optische Bild zu einer Videokamera 6. Das Objek­ tiv 5 weist ein Tandemlinsensystem auf, das aus einem das Aus­ gangsbild der Röntgenbildverstärkerröhre 4 empfangenden ersten Teillinsensystem und einem zweiten Teillinsensystem besteht, das das optische Bild auf eine Bildempfangsfläche der Video­ kamera 6 fokussiert. Das Objektiv 5 verfügt auch über eine ver­ stellbare Blende 19, die die Beleuchtungsstärke in der Bild­ empfangsfläche steuert, und einen Strahlungsdetektor 20, der die Bestrahlungsstärke mißt.

Die Röntgenbildverstärkerröhre 4, das Objektiv 5 und die Video­ kamera 6 bilden ein Bilderfassungsteil des digitalen Radiogra­ phiesystems. Das Bilderfassungsteil ist an einem Tisch 31 ange­ bracht, auf dem das Objekt 3 gelagert wird. Die Position des Bilderfassungsteils und die Röntgenröhre 2 können relativ zum Tisch 31 mit Hilfe eines in Fig. 1 nicht dargestellten Ver­ schiebemechanismus verändert werden. Darüber hinaus kann der Winkel der Gesamtanordnung des Tisches 31, der Röntgenröhre 2 und des Bilderfassungsteils mit einem in Fig. 1 nicht darge­ stellten Neige- und Drehmechanismus geändert werden.

Die Videokamera 6 weist vier verschiedene Abtastarten auf. In einer ersten Abtastart findet eine Zwischenzeilenabtastung mit einer Vollbild-Wiederholrate von 30 Vollbildern pro Sekunde und 1081 Abtastzeilen statt. Diese Abtastart wird eingestellt, wenn sich das System in einer Betriebsart für direkte Beobachtung befindet, in der Röntgenstrahlen niederer Dosis das Objekt dau­ ernd bestrahlen und ein Echtzeit-Röntgenbild des Objektes beob­ achtet werden kann. Ein Wahlschalter 21 wird so verdreht, daß er auf einen Kontakt F schaltet, damit das Videosignal von der Videokamera 6 einem A/D-Wandler 15 zugeführt wird. Das digita­ lisierte Videosignal wird einem rekursiven Filter 16 zugeführt, um dem Bild eine bevorzugte Zeitverzögerung zu verleihen. Das gefilterte Signal wird über einen D/A-Wandler 17 einer Anzeige 18 zugeführt.

Die zweite, dritte und vierte Abtastart werden für radiographi­ sche Bilderfassung angewählt, bei der Röntgenbilder mit gepul­ sten Röntgenstrahlen hoher Röntgendosis erhalten und für Dia­ gnosezwecke aufgezeichnet werden. In diesem Radiographie- Bilderfassungsmodus ist der Schalter 21 auf einen Kontakt R gestellt, so daß das Videosignal von der Videokamera 6 einem anderen A/D-Wandler 7 zugeführt wird. Das digitalisierte Video­ signal wird über eine Linearitätssteuerung 8 einem Bildprozes­ sor 9 zugeführt. Die Linearitätssteuerung 8 übt Gammasteuerung und Umwandlung von linearen Daten in logarithmische Daten aus. Der Bildprozessor 9 führt verschiedene Bildverarbeitungsabläufe abhängig von Befehlen aus, wie sie von einer Hauptsteuerung 13 übertragen werden. Die resultierenden Bilder werden in einem Speicher 11 abgelegt oder mit einer Anzeige 10 dargestellt.

Auf einer Bedienkonsole 14 sind viele Steuerschalter ange­ bracht, z. B. für die Betriebsartauswahl, zum Einstellen von Größen und/oder Bedingungen für die Linearitätssteuerung, zum Einstellen der Röntgendosis und zum Angeben von Abläufen zum Speichern der Daten. Die Hauptsteuerung 13 erzeugt Steuer­ signale oder Befehle abhängig von der Betätigung der Steuer­ schalter.

In der zweiten, dritten und vierten Abtastart wird von der Videokamera 6 nicht mit Zwischenzeilenverfahren abgetastet. Die Anzahlen der Abtastzeilen sind 525, 1050 bzw. 2100. Die Voll­ bild-Wiederholraten sind 60 Rahmen pro Sekunde, 15 Rahmen pro Sekunde bzw. 3,75 Rahmen pro Sekunde. Demgemäß ist die vierte Abtastart eine solche mit hoher räumlicher Auflösung, mit 2048 × 2048 Pixeln pro Vollbild. Die Strahlabtastfläche auf der Bildaufnahmefläche der Videokamera 6 ändert sich für alle vier Abtastarten nicht. Wenn z. B. ein ringförmiges SATICON (Warenzeichen) von 25,4 mm verwendet wird, ist die Bildabtast­ fläche 15 × 15 mm bis 16 × 16 mm. Wenn ein SATICON mit Stift­ zuführung vom 25,4 mm-Typ verwendet wird, ist die Strahlabtast­ fläche 12,5 × 12,5 mm bis 13 × 13 mm. Da die Röntgenbildver­ stärkerröhre 4 ein kreisförmiges Ausgangsbild aufweist, ist die tatsächliche Bildeingangsfläche auf der Bildempfangsoberfläche ein Kreis, der in die Strahlabtastfläche eingeschrieben ist. Wenn eine 50,8 mm-Bildaufnahme verwendet wird, ist eine Bild­ aufnahmefläche von 30 × 30 mm bis 32 × 32 mm erzielbar. In die­ sem Fall erfolgt die Strahlabtastung über 4200 Abtastzeilen, um die räumliche Auflösung zu verbessern.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Bilderfassungsteils gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Es verfügt über die Röntgenbildverstärker­ röhre 4, das Objektiv 5 und die Videokamera 6. Die Bildein­ gangsfläche der Röntgenbildverstärkerröhre 4 weist einen Durch­ messer von 310 mm auf. Das empfangene Röntgenbild wird an einer Photokathode in eine Elektronenverteilung umgewandelt, und das elektronische Bild wird an einer Ausgangsoberfläche in ein ver­ stärktes optisches Bild umgewandelt. Die Röhre 4 des Ausfüh­ rungsbeispiels weist eine effektive Ausgangsbildgröße von 60 ± 2 mm Durchmesser auf. Das Objektiv 5 verfügt über ein erstes Teillinsensystem mit einer Brennweite von 200 mm und einer Blendenzahl von 1,5. Es weist weiterhin ein zweites Teillinsen­ system mit einer Brennweite von 50 mm und einer Blendenzahl von 0,65 auf. Das Strahlenbündel im Objektiv wird durch einen Spie­ gel 221 um 90° abgelenkt, der zwischen Linsen des ersten Teil­ linsensystems angeordnet ist. Durch das Objektiv wird das Aus­ gangsbild der Röntgenbildverstärkerröhre 4 auf eine Bildemp­ fangsfläche der Bildaufnahmeröhre der Videokamera 6 fokussiert.

Fig. 3A zeigt Abmessungen des Bilderfassungsteils des Ausfüh­ rungsbeispiels. Die Tiefe des Bilderfassungsteils ist 705 mm. Wenn die Ausgangsbildgröße der Röntgenbildverstärkerröhre etwa 60 mm ist, kann die Tiefe des Bilderfassungsteils auf etwa 700 mm dadurch verringert werden, daß eine Ablenkung des Strahlen­ bündels erfolgt. Darüber hinaus kann ein Bilderfassungsteil verwendet werden, das sowohl die Videokamera 6 als auch eine Kamera 61 aufweist, wie dies in Fig. 3B dargestellt ist. Bei dieser Anordnung wird der Neigungswinkel des Spiegels im Objek­ tiv 5 verändert, um entweder die Videokamera oder die Kamera 61 auszuwählen. Wenn die Kamera 61 eine Bildgröße von 90 mm im Durchmesser aufweist, hat das zweite Teillinsensystem für die Kamera vorzugsweise eine Brennweite von 300 mm und eine Blen­ denzahl von 4,5. Statt der Kamera 61 oder der Videokamera 6 kann auch eine Filmkamera verwendet werden. Wenn eine Film­ kamera mit einer Bildgröße von 25,5 mm im Durchmesser verwendet wird, ist es von Vorteil, wenn das zweite Teillinsensystem eine Brennweite von 85 mm und eine Blendenzahl von 2 aufweist.

Fig. 4 zeigt einen bevorzugten erfindungsgemäßen Bereich von Abmessungen einer Röntgenbildverstärkerröhre, wie sie in einem digitalen Radiographiesystem verwendet wird, und zwar im Ver­ gleich zu Abmessungen von herkömmlichen Röntgenbildverstärker­ röhren. Auf der Abszisse ist der Durchmesser der Bildeingangs­ fläche (Eingangsbildgröße) der Röhren aufgetragen. Die Skala ist in mm unterteilt. Entlang der Ordinate ist das Verhältnis der Eingangsbildgröße zur Ausgangsbildgröße eingezeichnet, also der inverse Wert des Bildverkleinerungsverhältnisses der Röh­ ren. Der mit einem doppelten Kreis umrandete Punkt E bezeichnet den beim oben angegebenen Ausführungsbeispiel verwendeten Rönt­ genbildverstärker. Der schraffierte Bereich D kennzeichnet den bevorzugten Abmessungsbereich für einen Röntgenbildverstärker für ein digitales Radiographiesystem. Der Bereich erstreckt sich von 254 bis 450 mm für die Eingangsbildgröße, 50 bis 90 mm für die Ausgangsbildgröße und 4 bis 8 für das Verhältnis der Eingangsbildgröße zur Ausgangsbildgröße. Der Bereich für die Eingangsbildgröße rührt von der Größe des zu untersuchenden menschlichen Körpers her. Wenn eine Röntgenbildverstärkerröhre mit einer Ausgangsbildgröße über 90 mm verwendet wird, werden die Abmessungen des optischen Systems zum Fokussieren des Aus­ gangsbildes zu groß, und infolgedessen überschreitet die Tiefe des Bilderfassungsteils die praktisch sinnvolle Grenze von etwa 800 mm. Röntgenbildverstärkerröhren mit einer Ausgangsbildgröße unter 50 mm begrenzen die räumliche Auflösung des sich ergeben­ den Bildes auf einen nicht zufriedenstellenden Wert, insbeson­ dere bei der Betriebsart mit 2100 oder 4200 Abtastzeilen. Rönt­ genbildverstärkerröhren mit einem Verhältnis zwischen Eingangs­ bildgröße und Ausgangsbildgröße über 8 verringern ebenfalls die räumliche Auflösung des sich ergebenden Bildes. Röhren mit einem Verhältnis unter 4 weisen ein geringes Bildverstärkungs­ verhältnis auf, da der Elektronenbündelungseffekt schlecht wird. Dementsprechend wird die Empfindlichkeit des Radiogra­ phiesystems gering. Im schraffierten Bereich D um den Punkt E in Fig. 4 ergibt sich eine Röntgenbildverstärkerröhre mit hoher räumlicher Auflösung, die auch 2100 oder 4200 Abtastzeilen der Videokamera rechtfertigt. Gleichzeitig wird ein Radiographie­ system mit praktisch vernünftiger Größe und ausreichender Emp­ findlichkeit erhalten, wenn eine Röntgenbildverstärkerröhre im Bereich D verwendet wird.

Die Punkte F in Fig. 4 kennzeichnen Röntgenbildverstärker, wie sie in herkömmlichen Radiographiesystemen verwendet wurden. Sie weisen Abmessungen auf, mit denen eine hohe Auflösung, die auch eine Abtastung mit 2100 oder 4200 Zeilen lohnt, nicht erhalten werden kann. Ein Punkt C bezeichnet eine Röntgenbildverstärker­ röhre, wie sie in "ASTM Special Technical Publication 716, 1980, American Society for Testing and Materials", S. 54-55, für ein Radiographiesystem vorgeschlagen wurde. Das Verhältnis der Eingangsbildgröße zur Ausgangsbildgröße ist 3, weswegen der Bildverstärkungseffekt unzureichend ist. Punkte A und B be­ zeichnen herkömmliche Röntgenbildverstärkerröhren für direkte Bildbeobachtung. Die einem Punkt A zugeordnete Röhre verwendet eine Elektronen-Vervielfacherstruktur zum Kompensieren eines niedrigen Bildverstärkungseffekts. Die Struktur verursacht eine geringe räumliche Auflösung. Beide Röhren A und B sind zu groß, um einen Bilderfassungsteil praktisch sinnvoller Größe für ein digitales Radiographiesystem zu erhalten.

Fig. 5 zeigt die Kennlinie für die räumliche Auflösung der Röntgenbildverstärkerröhre gemäß dem obigen Ausführungsbei­ spiel. Die Modulationsübertragungsfunktions (MTF)-Kurve (a) des Ausführungsbeispiels verläuft über der MTF-Kurve (b) für eine bekannte Röntgenbildverstärkerröhre mit derselben Eingangsbild­ größe, aber einer kleineren Ausgangsbildgröße. Die räumliche Auflösung bei 5% MTF des Ausführungsbeispiels ist 4,5 Linien/mm, was das 1,3-fache des Wertes für die herkömmliche Röntgenbildverstärkerröhre ist.

Claims (6)

1. Digitales Radiographiesystem mit:

• - einer Röntgenquelle (2) zum Bestrahlen eines mit Rönt­ genstrahlen zu untersuchenden Gegenstandes (3) und
• - einem Bilderfassungsteil (4, 5, 6) enthaltend eine Röntgenbildverstärkerröhre (4) zum Verstärken und Umwandeln des Röntgenbildes in ein optisches Ausgangsbild, eine Video­ kamera (6) zur Aufnahme dieses optischen Ausgangsbildes, wobei die Videokamera in einer Vielzahl von Abtastarten be­ trieben werden kann, und ein Objektiv (5) mit mehreren Lin­ sen, das zwischen der Röntgenbildverstärkerröhre (4) und der Videokamera (6) angeordnet ist,
• - Bildverarbeitungsmitteln (7, 8, 9; 15, 16) zum Erzeu­ gen digitaler Bilddaten aus dem digitalisierten Ausgangs­ signal der Videokamera (6) sowie
• - Anzeigemitteln (10; 18) zur Darstellung der digitalen Bilddaten als Röntgenbilder,

dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) der Durchmesser des Röntgen-Eingangsbildes der Röntgen­ bildverstärkerröhre (4) zwischen 250 und 450mm liegt, der Durchmesser des optischen Ausgangsbildes der Bildverstärker­ röhre zwischen 58 und 62mm und das Verhältnis der Durchmesser von Eingangsbild und Ausgangsbild zwischen 4 und 8 liegt,
• (b) zur Darstellung von Röntgenbildern in Echtzeit (Modus für direkte Beobachtung) und zur Momentaufnahme einzelner Rönt­ genbilder (radiographischer Bilderfassungsmodus) jeweils eine bestimmte Abtastart der Videokamera (6) eingestellt ist,
• (c) das auf die Bildaufnahmefläche der Videokamera durch das Objektiv (5) entworfene Ausgangsbild der Röntgenbildverstär­ keröhre (4) in beiden genannten Betriebsmodi im wesentlichen dieselbe Größe aufweist und
• (d) die Strahlabtastfläche auf der Bildaufnahmefläche der Vi­ deokamera (6) in beiden Betriebsmodi die gleiche ist.

2. Radiographiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Videokamera (6) eine Abtastart mit 4200 Abtast­ zeilen aufweist.

3. Radiographiesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilderfassungsteil (4, 5, 6) an einem Tisch (31) angebracht ist, auf dem der zu untersu­ chende Gegenstand (3) zu lagern ist.

4. Radiographiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Objektiv (5) ein erstes Teil­ linsensystem mit einen Spiegel (22) aufweist, der das Strah­ lenbündel um etwa 90° ablenkt, und ein nachgeschaltetes zwei­ tes Teillinsensystem.

5. Radiographiesystem nach einem der Ansprüche I bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Länge des Bilderfassungsteils (4, 5, 6) in Richtung der Achse, die senkrecht auf der Bild­ ebene der Röntgenbildverstärkerröhre (4) steht, zwischen 700 und 800mm beträgt.