DE4239957C2 - Röntgenbild-Aufnahmevorrichtung - Google Patents
Röntgenbild-AufnahmevorrichtungInfo
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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.
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.
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