DE4239957C2 - Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hochempfindliche Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung, die dazu in der Lage ist, ein Röntgenbild mit großem Röntgenintensi­ tätsbereich zu erzeugen.

Herkömmlicherweise ist eine Röntgenfluoreszensbild- oder Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung mit einer Röntgenfernsehka­ mera als Detektor als Einrichtung zum Beobachten oder radio­ graphischen Abbilden eines Röntgendurchstrahlungsbildes in Echtzeit bekannt. Diese Vorrichtung verwendet einen Röntgen­ bildverstärker als Einrichtung zum Umwandeln von Röntgen­ strahlen in sichtbares Licht und zum Abbilden des ins Sicht­ bare umgewandelten Bestrahlungsbildes auf ein Bildaufnahme­ element mit Hilfe eines optischen Linsensystems, um das Bild mit einer Fernsehkamera radiographisch zu erfassen.

Mit der oben beschriebenen Röntgenfernsehkameravorrichtung ist es möglich, ein Röntgendurchstrahlungsbild als Fluores­ zenzbild oder Röntgenbild in Form eines belebten Bildes zu erstellen und die Diagnosefähigkeit durch Bildverarbeitung mit Hilfe digitaler Röntgenphotographie zu verbessern, d. h. durch Kontrasterhöhung und Kantenherausstellung. Daher wird die Fernsehkameravorrichtung in weitem Umfang als Röntgen­ diagnosevorrichtung verwendet.

Ferner werden eine Bildaufnahmeröhre und eine CCD-Vorrich­ tung im allgemeinen als Bildaufnahmeelement für eine Fern­ sehkamera verwendet, jedoch wurde auch durch US-A-50 23 896 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem als Bildaufnahmeelement eine Bildaufnahmeröhre zum Ausführen eines Lawinenmultipli­ kationsbetriebs verwendet wird. Dieses Verfahren ermöglicht Röntgenfluoreszenzbilder und Röntgenbilder im Fall einer kleinen Röntgendosis durch Erhöhen der Lichtempfangsempfind­ lichkeit unter Verwendung des Effektes des Multiplikations­ betriebs betreffend die Intensität des einfallenden Lichts durch die Bildaufnahmeröhre.

Bei einer Röntgenfernsehkamera besteht die Schwierigkeit, daß der dynamische Bereich im Vergleich zu dem eines Rönt­ genfilms und eines durch Licht stimulierbaren Fluoreszenz­ materials klein ist, was zu einem engen Bereich der Intensi­ tät von Röntgenstrahlen führt, die zu einem Röntgenbild bei­ tragen. Der Röntgenintensitätsbereich wird als Parameter verwendet, der den Intensitätsbereich von Röntgenstrahlen anzeigt, die zu einem Röntgenbild beitragen. Dieser Röntgen­ intensitätsbereich wird durch das Verhältnis des Maximal­ wertes zum Minimalwert der Röntgendosis definiert, die zum Röntgenbild beitragen.

Wenn der Röntgenintensitätsbereich klein ist, ist der Be­ reich der Röntgenintensitäten, die zur Abbildung beitragen, gering, und die Signalausgangsleistung ist zu klein, als daß sie in einem Bereich erfaßt werden könnte, in dem die Inten­ sität der auf einen Detektor fallenden Röntgenstrahlen klein ist, d. h. in einem Bereich, in dem die Röntgenabsorption durch einen Gegenstand hoch ist. Andererseits wird eine Schwierigkeit dahingehend hervorgerufen, daß das Ausgangs­ signal in einem Bereich gesättigt ist und keine Abbildung erzeugt werden kann, in dem die Intensität der auf den De­ tektor fallenden Röntgenstrahlen hoch ist, d. h. in einem Bereich, in dem die Röntgenabsorption eines Gegenstandes niedrig ist.

Ein erster Grund, weswegen der Intensitätsbereich einer Röntgenfernsehkamera kleiner als der bei einem Röntgenfilm und einem durch Licht stimulierbaren Fluoreszenzmaterial ist, hat seinen Grund darin, daß der Intensitätsbereich einer Bildaufnahmeröhre einer Fernsehkamera sehr klein ist. Der Intensitätsbereich eines Röntgenbildverstärkers ist im Vergleich zum Intensitätsbereich einer Bildaufnahmeröhre ausreichend hoch. Der Grund, weswegen der Intensitätsbereich einer Bildaufnahmeröhre klein ist, liegt darin, daß das Ver­ hältnis des maximalen Signalstroms zum minimalen Signalstrom der Bildaufnahmeröhre, d. h. der dynamische Bereich dersel­ ben, klein ist, und daß die Ausgangsstromstärke der Bildauf­ nahmeröhre proportional zur Intensität des einfallenden Lichts ist. Daher bewegt sich der Intensitätsbereich von Röntgenstrahlen, die für ein Röntgenbild genutzt werden, nur in Richtung niedrigerer Intensität, und der Intensitätsbe­ reich der Röntgenbilderstellung wird nicht erhöht, und es wird auch nicht die Bildqualität bei der Röntgenbilderstel­ lung nur durch ein dahingehendes Verbessern der Empfindlich­ keit der Bildaufnahmeröhre erhöht, daß der Minimalwert der erfaßbaren Lichtmenge abgesenkt wird.

In DE-A-34 24 303 ist eine Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung angegeben, bei der das Röntgenbild mittels eines Scintilla­ tionsschirms in ein optisches Bild umgewandelt wird, das von Videoröhren aufgenommen wird. Da der lineare Arbeitsbereich von Videoröhren wesentlich kleiner als der Dynamikbereich des Scintillationsbildes ist, sind eine Vielzahl von Videoröhren vorgehen, die jeweils unterschiedliche lineare Arbeits­ bereiche haben. Zur Wiedergabe wird bei jedem Bildpunkt auf diejenige Videoröhre geschaltet, die in dem gerade vorliegen­ den Intensitätsbereich linear arbeitet. Diese Anordnung ist verhältnismäßig aufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen­ bild-Aufnahmevorrichtung zu schaffen, die auf einfache Weise herstellbar ist und einen großen Röntgenintensitätsbereich wiedergeben kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in Anspruch 1 ange­ gebenen Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Prinzip der Erfindung wird im folgenden anhand einer Aus­ führungsform und unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Bei einer Röntgenfernsehkamera wird der Röntgenintensitäts­ bereich durch den Intensitätsbereich der Bildaufnahmeröhre der Fernsehkamera beschränkt.

In einer Bildaufnahmeröhre ist der Maximalwert der Röntgen­ dosis, der zur Röntgenbilderstellung beiträgt, die Röntgen­ dosis, bei der das Ausgangssignal der Bildaufnahmeröhre die maximale Signalstromstärke erreicht. Andererseits ist der Minimalwert der Röntgendosis, der zur Röntgenbilderstellung beiträgt, die Röntgendosis, bei der das Ausgangssignal der Bildaufnahmeröhre dem Störsignalpegel gleich wird.

Eine Maßnahme zum Erhöhen des Röntgenintensitätsbereichs be­ steht darin, den Störsignalpegel der Bildaufnahmeröhre zu erniedrigen. Die Erfindung zielt jedoch darauf hin, den Röntgenintensitätsbereich bei denselben Bedingungen hin­ sichtlich des Störsignalpegels zu erhöhen.

Bei der Erfindung wird zunächst die Empfindlichkeit der Bildaufnahmeröhre erhöht, wodurch der Minimalwert für die Röntgendosis abgesenkt wird, die zur Röntgenbilderstellung beiträgt.

Um die Empfindlichkeit einer Bildaufnahmeröhre zu verbes­ sern, wird ein Empfindlichkeitsverbesserungsfaktor dadurch gesteuert, daß ein photoleitender Körper einer Bildaufnahme­ röhre mit einem Material hergestellt wird, das zu Lawinen­ multiplikationsbetrieb fähig ist, wie aus einem amorphen Selenfilm, und daß die Filmdicke und die angelegte Spannung eingestellt werden. Wenn das Verhältnis der angelegten Span­ nung zur Filmdicke erhöht wird, nimmt die Empfindlichkeit zu. Wenn die Empfindlichkeit verbessert ist, ändert sich die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Bildaufnahmeröhre von nach in Fig. 1. Jedoch wird der Intensitätsbereich nur mit dieser Änderung nicht erhöht.

Anschließend kann, wie dies durch die Eingangs/Ausgangs- Charakteristik gemäß dargestellt ist, eine maßvolle Ab­ nahme der Änderung des Ausgangsstroms bei zunehmendem Aus­ gangsstrom mit zunehmender Intensität des einfallenden Lichts dadurch erzielt werden, daß die Filmdicke und die angelegte Spannung erhöht werden. Je größer das Verhältnis der ange­ legten Spannung zur Filmdicke eingestellt wird, desto auf­ fallender wird die oben beschriebene Abnahme.

Dadurch kann der Maximalwert der Röntgendosis erhöht werden, der zur Röntgenbilderstellung beiträgt. Infolgedessen ist es möglich, den Intensitätsbereich für die Röntgenstrahlen zu erhöhen.

Ferner wird der maximale Signalstrom dadurch vergrößert, daß die Abmessung einer Bildspeicherfläche der Bildaufnahmeröhre vergrößert wird. Dadurch kann der Röntgenintensitätsbereich weiter vergrößert werden, wie dies unter dargestellt ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Röntgenfluoreszenzbild- und Röntgenbild-Aufnahmeeinrichtung wird eine Bildaufnahmeröhre vom Typ mit Lawinenmultiplikationsbetrieb als Bildaufnahme­ röhre für eine Röntgenfernsehkamera verwendet, und der Mul­ tiplikationsfaktor der Bildaufnahmeröhre wird auf Grundlage des oben beschriebenen Prinzips eingestellt.

Die Filmdicke bei der Bildaufnahmeröhre und die Abmessung der Filmfläche, die von einem Elektronenstrahl zum Auslesen abgerastert wird, werden auf vorgegebene Werte eingestellt. Daneben wird der maximale Signalstrom der Bildaufnahmeröhre auf einen Maximalwert (Strahlstrom) des Stroms begrenzt, der von der Bildaufnahmeröhre erhalten werden kann; es handelt sich um einen der Faktoren zum Festlegen des Röntgenintensi­ tätsbereichs. Demgemäß wird dieser Strahlstrom auf einen ausreichend hohen Wert in bezug auf die Ladungsspeichermenge der Filmfläche gesetzt.

Bei einem praktischen Fluoreszenzbild und Röntgenbild wird die Zunahme der Ausgangsstromstärke, bezogen auf einen ein­ heitlichen Zuwachs der Eingangslichtintensität so einge­ stellt, daß eine sachte Erniedrigung gegenüber der Zunahme der Lichtintensität dadurch eintritt, daß die an die Bild­ aufnahmeröhre gelegte Spannung eingestellt wird. Ferner wird der Bereich der Röntgendosis, die zur Röntgenbilderstellung beitragen kann, dadurch eingestellt, daß die gesamte Ein­ gangs/Ausgangs-Charakteristik zur Seite einer großen Dosis oder zur Seite einer kleinen Dosis verschoben wird, was durch Einstellen der auf die Bildaufnahmeröhre fallenden Lichtmenge mit Hilfe einer in das optische System eingefüg­ ten Blende erfolgt.

Mit dieser Konfiguration der Erfindung kann ein Röntgenbild erhalten werden, das den Röntgenabsorptionsfaktor eines Ge­ genstandes wiedergabegetreu wiederspiegelt.

Da bei der Erfindung eine Bildaufnahmeröhre vom Typ mit La­ winenbetrieb verwendet wird, ist es nicht erforderlich, den Signalstrom eines Bildaufnahmeelements unter Verwendung eines Verstärkers zu verstärken. Dadurch ist es möglich, das S/R-Verhältnis von Anfang an auf einen hohen Wert gegenüber dem Fall einzustellen, bei dem eine Verstärkung mit einem Verstärker erfolgt, und es wird auch die Schwierigkeit um­ gangen, daß Störsignale des Verstärkers hinzugemischt wer­ den.

Ferner ist es mit der Erfindung möglich, mehrere Bildaufnah­ meröhren mit verschiedenen Eingangs/Ausgangs-Charakteristi­ ken zu verwenden, wobei die Auswahl abhängig vom zu untersu­ chenden Gegenstand erfolgt.

Eine Tabelle zum Umwandeln eines Signals, das mit einer nichtlinearen Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten wurde, in ein solches mit einer linearen Eingangs/Ausgangs- Charakteristik wird mit einer Bildverarbeitungseinheit er­ stellt, und das Bild wird durch Bezugnahme auf diese Tabelle korrigiert und dargestellt.

Wie oben im einzelnen beschrieben, können mit der Erfindung so beachtliche Wirkungen erzielt werden, daß die Qualität des Bildes einer Röntgenfernsehkamera sprunghaft erhöht wer­ den kann und daß das S/R-Verhältnis des Röntgenbildes, wie es erhalten wird, wenn die auf die Fernsehkamera fallende Lichtmenge klein ist, verbessert werden kann, und das mit einer kleinen Röntgendosis erhaltene Röntgenbild verbessert werden kann, was durch beachtliches Erhöhen der Empfindlich­ keit einer Röntgenfernsehkamera erfolgt, und es kann auch der Bereich der Röntgenintensität erhöht werden, innerhalb dem Röntgenbilder erstellt werden können.

Eine weitere, mit der Erfindung erzielbare Wirkung ist die, daß es möglich ist, die Menge an Röntgenstrahlen zu verrin­ gern, die für ein Röntgenbild verwendet wird. Insbesondere besteht eine Möglichkeit zum Verringern der Röntgendosis und zum Erniedrigen von Störsignalen durch Röntgenquanten unter Verwendung der Verbesserung des S/R-Verhältnisses, wenn der Lawinenmultiplikationsfaktor erhöht wird. Als Wirkungen die­ ser Maßnahme können eine Verringerung der Gleichgewichts­ ionendosis, denen ein zu untersuchender Gegenstand und die den Gegenstand betreuende Bedienperson ausgesetzt sind, ein Verlängern der Lebensdauer einer Röntgenröhre durch Verrin­ gern der Belastung derselben, eine hohe Auflösung eines Sy­ stems durch Verwenden einer Röntgenröhre, die eine niedrige Ausgangsleistung, aber eine kleine Brennpunktgröße aufweist, und dergleichen erwähnt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein Diagramm zum Erläutern des Prinzips der Er­ findung;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer digitalen Röntgenbild- Aufnahmevorrichtung mit einem Fluoreszenzschirm, und sie zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Röntgendosis und dem Signalstrom der Bildaufnahmeröhre beim Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Röntgendosis und dem S/R-Verhältnis zeigt; und

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer digitalen Röntgenbild- Aufnahmevorrichtung mit einem Röntgenbildverstärker, und sie zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Vorrichtung des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiels besteht aus einer Röntgenbildsteuereinheit 1, einem Hochspannungsgenerator 2 für eine Röntgenröhre, einer Rönt­ genröhre 3, einem Röntgengitter 4, einem Röntgenfluoreszenz­ schirm 5, einem optischen Linsensystem 6, einer Fernsehkame­ ra 7, einer Steuereinheit 8 für die Fernsehkamera 7 und einer Bildaufzeichnungs- und Verarbeitungseinheit 9. Das Bildaufnahmeelement der Fernsehkamera 7 ist eine Bildauf­ nahmeröhre 10 vom Typ mit Lawinenbetrieb, und die Einfalls­ fläche derselben besteht aus einem Photoleiter aus amorphem Selen. In der Steuereinheit 8 der Fernsehkamera 7 ist eine Einheit zum Eingeben einer gewünschten Röntgenempfindlich­ keit oder eines Wertes für den Röntgenintensitätsbereich und eine Einheit zum Auswählen optimaler Einstellbedingungen des Lawinenmultiplikationsfaktors des Bildaufnahmeelementes 10 und einer Blende 7a des optischen Systems für die Rönt­ genfernsehkamera, entsprechend dem Eingangssignal zusätzlich zu einer normalen Verarbeitungsfunktion vorhanden.

Überblicksmäßig sind die Funktionen der jeweiligen, oben be­ schriebenen Teile die folgenden.

Eine vorgegebene Hochspannung (Hochspannung für eine Rönt­ genröhre), der Röhrenstrom und eine Impulsbreite sowie eine Röntgenbildfolge werden durch die Röntgenbildsteuereinheit 1 festgelegt. Die Spannung und der Strom gemäß der Festlegung werden durch den Röntgenspannungsgenerator 2 für die Rönt­ genröhre erzeugt, und Röntgenstrahlen werden durch die Rönt­ genröhre 3 erzeugt. Röntgenstrahlen, die den Gegenstand 12 durchstrahlt haben, fallen auf den rechteckigen Röntgenfluo­ reszenzschirm 5 mit einer Seitenlänge von 40 cm, nachdem ge­ streute Röntgenstrahlen durch das Röntgengitter 4 ausgeblen­ det wurden, um die gestreuten Röntgenstrahlen abzuschwächen.

Das auf den Röntgenfluoreszenzschirm 5 projizierte Röntgen­ bild wird durch die Funktion des Röntgenfuoreszenzschirms 5 in ein Bild sichtbarer Strahlung umgewandelt. Das optische Linsensystem 6 bildet das Bild sichtbarer Strahlung auf die Fernsehkamera 7 ab. Beim Ausführungsbeispiel ist die F-Zahl des optischen Systems durch die oben beschriebene Blende 7a einstellbar.

Die Bildaufnahmeröhre 10 vom Lawinenmultiplikationstyp in der Fernsehkamera 7 kann den Lawinenmultiplikationsfaktor abhängig vom Gegenstand dadurch auf einen vorgegebenen Wert einstellen, daß eine Targetspannung eingestellt wird. Dieser Einstellablauf wird mit Hilfe einer Eingabeeinheit für die Röntgenempfindlichkeit oder den Wert für den Röntgenintensi­ tätsbereich und durch eine Auswahleinrichtung für optimale Bilderzeugungsbedingungen in der Steuereinheit 8, wie oben beschrieben, ausgeführt. Die Fernsehkamera 7 wandelt das Bild in ein Videosignal um und führt eine A/D-Wandlung, ein Einspeichern in einen Speicher, eine Datenverarbeitung und eine Bildverarbeitung durch die Bildaufzeichnungs- und Ver­ arbeitungseinheit 9 aus. Das Bild wird auf der Bildanzeige­ einheit 11 dargestellt.

Die Eingabeeinheit für die Röntgenempfindlichkeit oder den Wert des Röntgenintensitätsbereichs und die Auswahleinrich­ tung für optimale Abbildungsbedingungen in der oben be­ schriebenen Steuereinheit 8 werden nachfolgend im Detail be­ schrieben.

Zunächst besteht die Eingabeeinheit für die Röntgenempfind­ lichkeit oder den Wert des Röntgenintensitätsbereichs aus einem Eingabeabschnitt, wie einer Tastatur, und einem Anzei­ geabschnitt für Eingabeinformation. Z. B. wird die Eingabe zum Zeitpunkt des Beginnens einer Röntgenabbildung und der­ gleichen von der Röntgenbildsteuereinheit 1 empfangen.

Ferner ist die Auswahleinrichtung für die optimalen Abbil­ dungsbedingungen eine Einheit zum automatischen Auswählen des optimalen Falls aus einer Kombination von Targetspan­ nungswerten und Blendenwerten des optischen Systems zum Ein­ stellen mehrerer Lawinenmultiplikationsfaktoren, wie sie in einem Speicher vorab als Tabelle abgelegt sind, wenn eine Bedienperson die Röntgenempfindlichkeit, z. B. einen Rönt­ gendosiswert, der zu S/R = 1 führt, und einen Wert für den Röntgenintensitätsbereich für eine vorgegebene Bedingung eingibt, auf Grundlage von Information, die sich auf ver­ schiedene Charakteristiken bezieht, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. Diese Prozesse werden durch eine CPU in der Steuereinheit 8 gesteuert und ausgeführt.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Röntgendosis und der Signalstromstärke der Bildaufnahmeröhre vom Lawinenmultipli­ kationstyp, wobei die Abmessung der Bildaufnahmeröhre und der Lawinenmultiplikationsfaktor jeweils Parameter sind, wenn die Blende des optischen Systems so eingestellt ist, daß die F-Zahl 0,6 ist und 2000 Teilen in der Fernsehkamera mit einer Geschwindigkeit von 3,75 Rahmen pro Sekunde bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel abgerastert werden.

Eine Kurve A in Fig. 3 zeigt die Charakteristik, wenn der Photoleiter aus amorphem Selen der Bildaufnahmeröhre eine Filmdicke von 6 µ aufweist und die Elektronenstrahlraster­ fläche rechteckig mit einer Seitenlänge von 15 mm ist und eine Targetspannung von 685 V angelegt wird, damit die Bild­ aufnahmeröhre mit einem Lawinenmultiplikationsfaktor von 30 arbeitet.

Eine Kurve B zeigt die Charakteristik für den Fall, daß die Filmdicke der Bildaufnahmeröhre 20 µm ist, die Elektronen­ strahlrasterfläche rechteckig mit einer Seitenlänge von 15 mm ist und eine Targetspannung von 2071 V angelegt wird, damit die Bildaufnahmeröhre mit einem Lawinenmultiplika­ tionsfaktor von 300 betrieben wird.

Eine Kurve C zeigt die Charakteristik für den Fall, daß die Filmdicke der Bildaufnahmeröhre 6 µm ist, die Elektronen­ strahlrasterfläche rechteckig mit einer Seitenlänge von 30 mm ist und eine Targetspannung von 685 V angelegt wird, um die Bildaufnahmeröhre mit einem Lawinenmultiplikations­ faktor von 30 zu betreiben.

Eine Kurve D zeigt die Charakteristik für den Fall, daß die Filmdicke der Bildaufnahmeröhre 20 µm ist, die Elektronen­ strahlrasterfläche rechteckig mit einer Seitenlänge von 30 mm ist und eine Targetspannung von 2071 V angelegt wird, um die Bildaufnahmeröhre mit einem Lawinenmultiplikations­ faktor von 300 zu betreiben.

Der Strahlstrom, der den Maximalwert der Ausgangsstromstärke festlegt, ist immer 2,5 µA für die Bildaufnahmeröhren A, B, C und D.

Wenn die angelegte Spannung erhöht wird, wird der Gradient der jeweiligen Kurven kleiner, was jedoch nicht dargestellt ist. Z. B. nimmt dann die Kurve A eine der Kurve B ähnliche Form ein. In Fig. 3 ändert sich das Aussehen der Kurve nicht, wenn die Blende im optischen System verstellt wird, sondern sie bewegt sich lediglich nach links, wenn die Blen­ de geöffnet wird, und nach rechts, wenn die Blende kleiner eingestellt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die der gewünschten Röntgenempfindlichkeit oder dem ge­ wünschten Wert des Röntgenintensitätsbereichs entsprechende Eingangs/Ausgangs-Charakteristik dadurch einstellbar, daß ein Auswahlablauf für den Blendenwert zusätzlich zu den Maß­ nahmen vorgenommen wird, daß Bildaufnahmeröhren mit ver­ schiedenen Filmdicken verwendet werden und verschiedene Wer­ te der Targetspannungen eingestellt werden.

Fig. 4 zeigt S/R-Verhältnisse jeweiliger Bildaufnahmeröhren für die in Fig. 3 dargestellten Bedingungen. Eine gestri­ chelte Linie E zeigt das S/R-Verhältnis für Röntgenquanten­ rauschen, wodurch das S/R-Verhältnis für das gesamte System bestimmt wird. Das Röntgenquantenrauschen wird auffallend, wenn die Röntgenintensität sehr niedrig ist. Normalerweise wird eine Fernsehkamera mit einem S/R-Verhältnis verwendet, das größer ist als das durch das Röntgenquantenrauschen her­ vorgerufene S/R-Verhältnis.

Der Intensitätsbereich wird aus den Fig. 3 und 4 durch die unten beschriebene Weise abgeschätzt.

Der praktische Maximalwert des Signalstroms entlang der Kurve A ist ein Wert von 600 nA, wenn die Dosis der auf den Fluoreszenzschirm fallenden Röntgenstrahlen 1,3 mR pro Rah­ men ist. Wenn andererseits angenommen wird, daß ein Signal­ strom, bei dem das S/R-Verhältnis der Fernsehkamera 1 ist, der Minimalstrom ist, wird der Minimalstrom 2 nA, wenn die Dosis der Röntgenstrahlen 1 µR pro Rahmen beträgt. Der Dyna­ mikbereich beträgt 600 nA/2 nA = 300, jedoch ist hierbei das Röntgenintensitätsverhältnis 1,3 mR/1 µR = 1300. Bei einer herkömmlichen Fernsehkamera weist der Röntgenintensitätsbe­ reich denselben Wert auf wie der Dynamikbereich, also 300. Demgemäß kann mit Sicherheit gesagt werden, daß der Röntgen­ intensitätsbereich von 1300 ein sehr großer Bereich im Ver­ gleich zum Röntgenintensitätsbereich bei einer herkömmlichen Fernsehkamera ist.

Ferner beträgt der praktische Maximalwert des Signalstroms entlang der Kurve B 600 nV, wenn die Dosis der auf den Fluo­ reszenzschirm fallenden Röntgenstrahlen 700 µR pro Rahmen beträgt. Andererseits wird der Wert eines Signalstroms dann, wenn das S/R-Verhältnis der Fernsehkamera 1 wird, 3 nA, wenn die Dosis der Röntgenstrahlen 0,17 µR pro Rahmen beträgt, und der Dynamikbereich ist 600 nA/3 nA = 200. Dabei kann der Röntgenintensitätsbereich den Wert 700 µR/0,17 µR erreichen, was etwa 4000 entspricht.

Der praktische Maximalwert des Signalstroms entlang der Kur­ ve C ist 2400 nA, wenn die Dosis der auf den Fluoreszenz­ schirm fallenden Röntgenstrahlen 1,3 mR pro Rahmen ist. Der Dunkelstrom der Fernsehkamera beträgt 4 nA, welcher Wert dem Signalstrom bei einer Dosis der Röntgenstrahlen von 0,7 µR pro Rahmen entspricht. Daneben ist die Stärke des Signal­ stroms, wenn das S/R-Verhältnis der Fernsehkamera 1 wird, 2 nA, wenn die Dosis der Röntgenstrahlung 0,33 µR pro Rahmen beträgt.

Im allgemeinen wird dann, wenn ein Dunkelstrom größer als ein Signalstrom beim S/R-Verhältnis 1 ist, dieser größere Signalstrom als normaler Signalstrom behandelt. Dadurch er­ hält der Minimalwert des Signalstroms in diesem Fall densel­ ben Wert, wie ihn der Dunkelstrom aufweist. Damit wird der Dynamikbereich 2400 nA/4 nA = 600. Andererseits wird der Röntgenintensitätsbereich 1,3 nR/0,7 µR, was etwa 2000 ist.

Ferner ist der praktische Maximalwert des Signalstroms ent­ lang der Kurve D 2400 nA, wenn die Dosis der auf den Fluo­ reszenzschirm fallenden Röntgenstrahlen 7000 µR pro Rahmen beträgt, und der Dunkelstrom der Fernsehkamera ist 4 nA, welcher Wert dem Signalstrom bei einer Dosis der Röntgen­ strahlung von 0,07 µR pro Rahmen entspricht. Daneben beträgt der Signalstrom dann, wenn das S/R-Verhältnis der Fernseh­ kamera 1 wird, 2 nA, wenn die Dosis der Röntgenstrahlen 0,033 µR pro Rahmen beträgt, und der Dunkelstrom ist größer als der Signalstrom. Dadurch wird in diesem Fall der Dyma­ mikbereich 2400 nA/4 nA = 600, und der Röntgenintensitäts­ bereich wird 700 µR/0,07 µR = 10 000.

Wie oben beschrieben, ist es möglich, für einen Dynamikbe­ reich einen großen Intensitätsbereich dadurch zu erhalten, daß der Strahlstrom, die Targetspannung und die Rastergröße der Filmfläche bei einer Bildaufnahmeröhre vom Lawinenmulti­ plikationstyp jeweils geeignet eingestellt werden. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird die Zunahme des Intensitätsbereichs größer, wenn der Lawinenmultiplikationsfaktor erhöht wird. Für praktische Zwecke ist es erwünscht, den Lawinenmultipli­ kationsfaktor auf 10 oder mehr einzustellen.

Ferner wird der maximale Signalstrom der Bildaufnahmeröhre um so größer, je größer die Abmessung einer Fläche einge­ stellt wird, in der lesende Bildabtastung mit Hilfe eines Elektronenstrahls ausgeführt wird. Infolgedessen wird der Dynamikbereich erhöht, und es wird auch der Intensitätsbe­ reich erhöht. Demgemäß ist es erwünscht, daß die Auslese­ fläche groß ist. Praxisbezogen ist es erwünscht, daß die Fläche ein Rechteck mit einer Seitenlänge von 12 mm oder mehr ist.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Funktionen zum Abspeichern eines Ausgangsvideosignals einer Röntgen­ fernsehkameravorrichtung als Digitalwerte und zum Anzeigen des Videosignals nach einer Bildverarbeitung vorhanden. Eine Korrekturverarbeitungseinheit für Nichtlinearität der Em­ pfindlichkeitscharakteristik der Bildaufnahmeröhre ist in der Bildaufzeichnungs- und Verarbeitungseinheit 9 vorhanden, und es ist möglich, einen Wert für ein Bild zu erhalten, der proportional zur Intensität der Röntgenstrahlen ist, die durch den Gegenstand 12 hindurchgestrahlt wurden. Diese Ver­ arbeitung ist als Vorverarbeitung für Betriebsablaufverar­ beitung zwischen Bildern wirkungsvoll, wie Zeitdifferenzver­ arbeitung und Energiedifferenzverarbeitung.

Ferner weist die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel illu­ strierte Vorrichtung eine Fluoreszenzbildfunktion auf, um ein Ausgangsvideosignal derselben oder ein angelegtes Video­ signal durch Echtzeitsignalverarbeitung anzuzeigen.

Da ein mit einer erfindungsgemäßen Röntgenfluoreszenzbild- und Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung erhaltenes Röntgenbild den Röntgenabsorptionsfaktor eines Gegenstandes wiedergabe­ getreu wiedergibt, ist es möglich, die meisten Bildverarbei­ tungsfunktionen eines digitalen Röntgengerätes (eines digi­ talen Radiographiegerätes) auszuführen, wie eine Kantenher­ ausstellungsverarbeitung und eine Pegelfensterverarbeitung. Infolgedessen kann ein Bild erhalten werden, das einen Ge­ genstand wiedergabegetreu wiedergibt und das zu einer Ver­ besserung der Diagnosefähigkeit beiträgt.

Eine Anwendung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels kann vorzugsweise als Brust-Röntgenphotofluoreszenzvorrich­ tung dadurch erfolgen, daß der Röntgenfluoreszenzschirm 5 rechteckig mit einer Seitenlänge von etwa 40 cm ausgebildet wird und der Lawinenmultiplikationsfaktor der Bildaufnahme­ röhre auf den Wert 30 oder höher eingestellt wird.

Ferner kann dieses Ausführungsbeispiel geeignet als Mammo­ graphie-Röntgenbildvorrichtung verwendet werden, die dazu in der Lage ist, das gesamte Aufnahmeobjekt wirkungsvoll in einem kleinen Gesichtsfeld dadurch abzubilden, daß der Rönt­ genfluoreszenzschirm 5 rechteckig mit einer Seitenlänge von etwa 20 cm ausgebildet wird und der Lawinenmultiplikations­ faktor der Bildaufnahmeröhre auf den Wert 10 oder mehr er­ höht wird.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt. Ein Röntgenstrahlerzeugungs­ system besteht aus einer Röntgenbildsteuereinheit 1, einem Hochspannungsgenerator 2 für eine Röntgenröhre und einer Röntgenröhre 3, ähnlich wie bei Fig. 2. Ferner besteht ein Röntgenbilderfassungssystem aus einem Röntgengitter 4, einem Röntgenbildverstärker 21, einem optischen Verteiler 22, einer Fernsehkamera 7, einer Kinobildkamera 23, einer Bild­ aufnahme- und Verarbeitungseinheit 9 und einer Bildanzeige­ einheit 11. Das Bildaufnahmeelement 10 der Fernsehkamera 7 ist eine Bildaufnahmeröhre vom Typ mit Lawinenbetrieb.

Röntgenstrahlen, die durch einen Gegenstand 12 hindurchge­ strahlt sind, fallen auf den Röntgenbildverstärker 21, nach­ dem gestreute Röntgenstrahlen mit Hilfe des Röntgengitters 4 abschwächend ausgeblendet wurden. Das auf einen Eingangs­ fluoreszenzschirm 24 des Bildverstärkers 21 projizierte Bild wird auf einem Ausgangsfluoreszenzschirm 25 durch die Funk­ tion des Röntgenbildverstärkers 21 in ein Bild sichtbarer Strahlung umgewandelt.

Bei dem beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellten Röntgenbildverstärker 21 ist die Größe des Ausgangsschirms so gewählt, daß ein Durchmesser von 60 mm vorliegt. Eine Kombination einer Linse 26 und eine Linse 27 sowie eine Kom­ bination der Linse 26 und einer Linse 28 im optischen Ver­ teiler 22 bilden jeweils Tandemlinsen. 90% der Lichtmenge wird in die Kinobildkamera 23 gelenkt, und die verbleibende Lichtmenge (10%) wird durch einen zwischen diesen Linsen angeordneten Halbspiegel 29 in die Fernsehkamera 7 gelenkt, der zur Röntgenbilderstellung dient.

Der Lawinenmultiplikationsfaktor der in der Fernsehkamera 10 vorhandenen Bildaufnahmeröhre 10 vom Typ mit Lawinenmulti­ plikation kann wahlweise im Bereich von 3 bis 30 durch Ein­ stellen der Targetspannung gewählt werden, jedoch ist der Multiplikationsfaktor bei einem typischen Anwendungsbeispiel 10 oder mehr. Die Kinobildkamera 23 zeichnet ein belebtes Bild auf einem Kinofilm auf. Die Fernsehkamera 7 wandelt ein Bild in ein Videosignal um und führt eine A/D-Wandlung, ein Einspeichern in einen Speicher, eine Datenverarbeitung und eine Bildverarbeitung durch die Bildaufzeichnungs- und Ver­ arbeitungseinheit 9 aus. Das Bild wird auf der Bildanzeige­ einheit 11 dargestellt.

Ein typisches Anwendungsbeispiel der beim Ausführungsbei­ spiel dargestellten Vorrichtung ist die Diagnose von Herz­ blutgefäßen. Als Verfahren zum Aufzeichnen eines bewegten Kontrastbildes eines Herzblutgefäßsystems wurde bisher ein Verfahren zum Aufzeichnen eines Kinofilms unter Verwendung einer Kinobildkamera zu praktischer Anwendung gebracht. Bei einer herkömmlichen Fernsehkamera war die Bildqualität bei der Lichtmenge von 10% unzureichend, jedoch ist es möglich, ein Ersatzbild in der Kinobildkamera aufzuzeichnen und die Fähigkeit als Diagnoseeinheit durch Bildverarbeitung weiter zu verbessern, wenn die hohe Empfindlichkeit der Röntgen­ fernsehkamera bei der vorliegenden Vorrichtung verwendet wird. Jedoch ist das Kinokamerasystem populär, da eine Beob­ achtung auf billige und einfache Weise mit Hilfe eines Pro­ jektors vorgenommen werden kann; eine gemeinsame Verwendung einer Kinobildkamera und einer Fernsehkamera ist für eine Röntgenbildvorrichtung erwünscht. Daher weist das vorliegen­ de Ausführungsbeispiel hohe praktische Nutzbarkeit auf.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Bildaufnah­ meröhre vom Typ mit Lawinenmultiplikation verwendet, jedoch kann als Bildaufnahmeelement für die erfindungsgemäße Rönt­ genfluoreszenzbild- und Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung auch ein beliebiges anderes Bildaufnahmeelement verwendet werden, das eine Charakteristik aufweist, bei der die Zunahme des Ausgangsstromes mit der Zunahme der Intensität des einfal­ lenden Lichts leicht mit der Zunahme der Intensität des ein­ fallenden Lichts abnimmt.

Ferner kann auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der mehrere Bildaufnahmeelemente mit verschiedenen Eingangs/ Ausgangs-Charakteristiken vorliegen und ein Bildaufnahmeele­ ment mit einer optimalen Eingangs/Ausgangs-Charakteristik abhängig von einem zu untersuchenden Gegenstand ausgewählt wird.

Claims (5)

1. Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung, mit
einer Einrichtung (5) zur Umwandlung eines Röntgenbildes in ein optisches Bild,
einer Röntgen-Videokamera (7) mit einer Lawinen-Multi­ plikations-Bildaufnahmeröhre (10) zur Aufnahme des optischen Bildes,
einem optischen System (6) zur Übertragung des optischen Bildes auf die Röntgen-Videokamera (7) und
einer Steuereinrichtung (8) zum Anlegen einer den Multi­ plikationsfaktor festlegenden Spannung an die Bildaufnah­ meröhre (10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) zum Anlegen einer solchen Spannung an die Bildaufnahmeröhre (10) ausgebildet ist, daß bei einer vorgegebenen Röntgen­ strahlempfindlichkeit und/oder eines Wertes für den Röntgen­ intensitätsbereich die mit einer differentiellen Änderung der auf die Bildaufnahmeröhre (10) einfallenden Lichtintensität verbundene differentielle Änderung des Ausgangsstroms der Bildaufnahmeröhre (10) mit wachsender Lichtintensität ab­ nimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) eine Einrichtung zur Einstellung einer Blende (7a) des optischen Systems (6) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeröhre (10) in einem Bereich, in dem bildauslesendes Abtasten durch einen Elektronenstrahl erfolgt und der rechteckig mit einer Seitenlänge von 12 mm oder mehr ausgebildet ist, einen Film aus amorphem Selen als Photohalbleiter aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichent, daß der Multiplikationsfaktor der Bild­ aufnahmeröhre (10) auf 10 oder höher und der Röntgenintensi­ tätsbereich auf 1000 oder mehr eingestellt wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9) zum Umwandeln eines Ausgangssignals der Bildaufnahmeröhre (10) in ein Signal, bei dem die Nichtlinearität der Bildaufnahmeröhre korrigiert ist.