NL8602615A - Beeldopneeminrichting. - Google Patents

Description

ft » ii -1- VO 7561

Beeldopneeminrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een beeldopneeminrichting omvattende een matrix met horizontale rijen en verticale kolommen beeldopneemelementenj middelen voor het toevoeren van kloksignalen aan de matrix beeldop-5 neemelementen voor het in de time-delay-and-integration modus verplaatsen van beeldinformatie in kolomrichting; en middelen voor het steeds uit een kolom uitlezen van de beeldinformatie.

Bij radiografie is het uit het Amerikaanse octrooi-10 schrift 4.179.100 bekend om een platte waaiervormige bundel röntgenstraling via een te onderzoeken lichaam te richten naar een beeldopneeminrichting bestaande uit een groot aantal op een lijn gelegen beeldopneemele-menten. Ieder beeldopneemelement ontvangt daarbij, al 15 dan niet na verdere bewerking, de straling die door een corresponderend deel van het te onderzoeken lichaam is doorgelaten. Als verdere bewerking kan de straling b.v., voordat deze wordt opgevangen door de beeldopneeminrichting, in een röntgendetector omgezet zijn 20 in zichtbaar licht. Bij een beeldopneeminrichting bestaande uit een groot aantal op een lijn gelegen beeldopneemelemen-ten met b.v. afmetingen van 0,1 x 0,1 mm is de belichtingstijd voor ieder beeldopneemelement bij de gebruikelijke aftastsnelheden van een te onderzoeken lichaam uitermate 25 kort. Daardoor is de signaal-ruisverhouding van het verkregen beeld zeer slecht of moet voor een betere signaalruisverhouding de bronbelasting tot ongewenst hoge niveaus worden opgevoerd. Om bij een relatief lage bronbelasting toch een acceptabele signaal-ruisverhouding 30 te krijgen is het noodzakelijk de röntgenbron efficiënter te gebruiken dan mogelijk is met een waaiervormige bundel die slechts een dikte heeft ter grootte van één beeldop- 8602615 et ’ 1 -2- neemelement.

Het is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4,383.327 om gebruik te maken van een beeldopneeminrichting omvattende een matrix met rijen en kolommen beeldopneemele-5 menten, waarbij de lading die gedurende een bepaalde periode in een bepaald beeldopneemelement wordt gevormd tengevolge van de door dat element gedurende die periode ontvangen straling, gedurende een leesperiode wordt overgebracht naar een aangrenzend bijbehorend verticaal 10 schuifregister. Dit geschiedt gedurende de leesperiode voor alle beeldopneemelementen in iedere rij. Tevens wordt tussen de opeenvolgende perioden een relatieve beweging tussen het lichaam en de beeldopneeminrichting tot stand gebracht zodat gedurende de volgende periode 15 hetzelfde deel van het te onderzoeken lichaam wordt afgebeeld op de volgende rij beeldopneemelementen. Het is op op zich bekende wijze ook mogelijk de functie van het omzetten van straling in lading en de functie van het transporteren van lading in een verticaal CCD 20 schuifregister te combineren. De lading in het schuifregister loopt mee, zodat op deze wijze gedurende opeenvolgende perioden, door opeenvolgende beeldopneemelementen in een kolom, in het bijbehorende schuifregister een lading wordt geaccumuleerd. Die geaccumuleerde lading 25 is de som van de lading die door een specifiek deel (een beeldpunt) van het te onderzoeken lichaam gedurende de opeenvolgende perioden wordt doorgelaten.

Deze wijze van aftasten wordt TDI (time delay and integration) genoemd en blijkt bijzonder goed toepasbaar 30 te zijn bij het onderzoeken van lichamen met behulp van röntgenstraling, waarbij een bruikbaar beeld kan worden gevormd ondanks het feit dat ieder beeldopneemelement op zich slechts een zeer geringe hoeveelheid lading in reactie op de ontvangen straling opwekt. Voor een 35 uitgebreide bespreking van het TDI-principe wordt verwezen naar het Amerikaanse octrooischrift 4.383.327.

8602615 % -3-

Uit het artikel "Computerized dual-energy imaging: a technical description" van J. Coumans e.a. in Medica-mundi Vol. 27, no. 3, 1982, is het bekend om zgn. dualenergy röntgenbeelden op te wekken door afwisselend 5 twee verschillende hoogspanningswaarden, b.v. 70 kVp en 130 kVp aan te leggen aan een röntgenstralingsbron, waarbij de resp. hoogspanningswaarden röntgenspeetra met verschillende energetische zwaartepunten, vaak genoemd een verschillende hardheid, opwekken. Door een te onderzoe-10 ken lichaam achtereenvolgens te bestralen met röntgenstraling met een eerste energetisch zwaartepunt, en vervolgens met röntgenstraling met een tweede energetisch zwaartepunt is het mogelijk om de verkregen röntgenbeelden, b.v. met behulp van een computer, zo te bewerken dat, b.v.

15 bij het bestralen van een menselijk lichaam, beenderen niet worden afgebeeld en weefsel wel, waardoor het mogelijk is om achter b.v. ribben gelegen weefselgedeelten aanmerkelijk duidelijker af te beelden. Een en ander berust op het feit dat verschillende materialen in b.v.

20 het menselijke lichaam een verschillende absorptie voor röntgenstraling met een verschillende hardheid vertonen.

Naast het verkrijgen van verschillende röntgenstra-lingsenergieën door middel van het schakelen van de voedingsspanning van de röntgenstralingsbron, is het 23 ook mogelijk om vanuit een met één enkele voedingsspan-ningsbron bedreven röntgenstralingsbron verschillende stralingsenergieën te verkrijgen door de door de bron uitgestraalde röntgenstralingsbundel, voordat deze het te doorstralen lichaam bereikt, gedeeltelijk te filteren.

30 Hierdoor wordt een bundel röntgenstraling verkregen die in feite bestaat uit een eerste en een tweede deelbun-del met resp. een eerste en een tweede röntgenstralingsener-gie. De gefilterde bundel bestaat daarbij in hoofdzaak uit harde röntgenstraling, omdat met een filter de zachte 35 straling in een bundel kan worden onderschept, terwijl de niet gefilterde bundel harde en zachte straling bevat.

? e c 2 e 15 * -4-

De uitvinding beoogt een beeldopneeminrichting die werkzaam is volgens het bovenbeschreven TDI principe geschikt te maken voor het verwerken van röntgenbeelden die verkregen zijn met behulp van twee röntgenstralings-5 energieën.

De uitvinding voorziet hiertoe in een beeldopneeminrichting van voornoemde soort waarbij iedere kolom beeldopneemelementen ten minste twee gebieden met beeldop-neemelementen omvat, en waarbij de uitleesmiddelen voor 10 elk gebied uitleesmiddelen omvatten die gekoppeld zijn om de beeldinformatie van het bijbehorende gebied uit te lezen.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm kunnen de gebieden van iedere kolom beeldopneemelementen in kolomrichting 15 in eikaars verlengde zijn gelegen.

Volgens een tweede uitvoeringsvoorbeeld strekken de beeldopneemelementen van een eerste gebied zich over de gehele lengte van de kolom uit, en de beeldopneemelementen van ieder volgend gebied slechts over een steeds 20 kleiner gedeelte van de lengte van de kolom.

Alhoewel de uitvinding in het bijzonder geschikt is voor het gelijktijdig verwerken van een tweetal met verschillende röntgenstralingsenergieën verkregen röntgenbeelden, wordt er met nadruk op gewezen dat de uitvinding 25 zeker niet beperkt is tot toepassing bij radiografie.

De uitvinding is in al die gevallen toepasbaar waarbij afwisselend met verschillende spectraalgebieden beelden verkregen worden en in de TDI-modus worden afgetast.

Deze verschillende spectraalgebieden kunnen daarbij 30 gelegen zijn in het gebied van de röntgenstraling, maar ook in het gebied van het zichtbare of het infrarode licht. Het scheiden in verschillende spectraalgebieden kan daarbij ook in het gebied van het zichtbaar of infrarode licht b.v. door middel van filtering geschieden.

35 Het is daarbij ook mogelijk de straling in meer dan twee spectraalgebieden te verdelen, b.v. het zichtbare 8602615 % -5- licht in rood, blauw en groen licht.

De uitvinding zal in het hierna volgende nader worden toegelicht aan de hand van een tweetal uitvoerings-voorbeelden onder verwijzing naar de tekening, hierin 5 toont: fig. 1 een schematisch bovenaanzicht van een enkele TDI kolom van een beeldopneeminrichting die volgens een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding geschikt is om twee verschillende röntgenstralingsenergieën te 10 detecteren; en fig. 2 een schematisch bovenaanzicht van een enkele TDI kolom van een beeldopneeminrichting die volgens een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding geschikt is om twee verschillende röntgenstralingsenergieën te 15 detecteren.

Fig. 1 toont een enkele kolom 1 bestaande uit m beeldopneemelementen 2a-2m. Een gehele volgens het TDI principe werkzame beeldopneeminrichting omvat naast elkaar een groot aantal, b.v. n, van dergelijke kolommen, 20 zodat de gehele beeldopneeminrichting bestaat uit een matrix van m x n beeldopneemelementen. Er is voorzien in een bus 3 voor het toevoeren van kloksignalen aan iedere kolom en aan elk beeldopneemelement van de beeldopneeminrichting om de beeldinformatie van een beeldpunt 25 van een met behulp van röntgenstraling te doorstralen lichaam op de bekende wijze in de TDImodus in kolomrichting te verplaatsen van beeldopneemelement 2a naar beeldopneem-element 2m.

Elk van de kolommen, zoals kolom 1, kan zodanig 30 zijn uitgevoerd dat elk beeldopneemelement in de kolom tegelijk de functie van het omzetten van licht in lading en de functie van het transporteren van de lading in de kolomrichting onder besturing van de kloksignalen onder gebruiking van bekende CCD-technieken uitvoert.

35 Het is echter ook mogelijk ieder beeldopneemelement uitsluitend de omzetting van licht in lading te laten β C 0 2 G t 5 ƒ <« -6- uitvoeren, terwijl naast iedere kolom beeldopneemelementen een verticaal CCD-schuifregister is aangebracht dat steeds de lading van een aangrenzend beeldopneemelement opneemt om dit stapsgewijs in kolomrichting te verplaatsen, 5 opdat zo aan de lading, die representatief is voor één bepaald beeldpunt van het te doorstralen lichaam, bij iedere verplaatsingsstap de lading van dat ene beeldpunt vanuit steeds het volgende beeldopneemelement kan worden toegevoegd.

10 De niet getoonde, met de beeldopneeminrichting volgens fig. 1 samenwerkende röntgenstralingsbron is zodanig ingericht dat deze twee platte röntgenstralingsbun-dels uitstraalt, waarvan de ene bundel bestaat uit relatief harde, gefilterde straling en de andere uit gecombineerde 15 harde en zachte straling, zoals b.v. is beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 8401946. Daarbij is de beeldopneeminrichting zo ten opzichte van de beide bundels gepositioneerd dat steeds het licht dat wordt opgewekt onder invloed van de zachte straling de beeldopneemelemen-20 ten 2a...2f (i<m) bereikt en het licht dat afkomstig is van de gecombineerde straling de beeldopneemelementen 2i+i...2m, waarbij b.v. i = m/2.

Ter plekke van het beeldopneemelement 2j is in de kolom 1 een slechts schematisch met verwijzingscijfer 4 25 aangegeven, met behulp van kloksignalen te besturen, schakelaar, b.v. een MOSFET, aangebracht, In een eerste positie van deze schakelaar wordt de lading volgens de gebruikelijke TDI modus van beeldopneemelement 2a naar beeldopneemelement 2m getransporteerd en kan vanuit 30 opneemelement 2m worden uitgelezen door een horizontaal schuifregister 6, dat is ingericht om de lading van het laatste beeldopneemelement van iedere kolom uit te lezen en te transporteren naar een uitgangsbus 7, waar dus de beeldinformatie van de beeldpunten van een 35 te doorstralen lichaam in rijen, d.w.z. representatief voor een lijnvormig deel van het lichaam, worden afgegeven.

© 6 0 2 C1 5 -7- ...... 3

In deze eerste positie van schakelaar 4 is vanzelfsprekend geen onderscheid mogelijk tussen de beeldinformatie afkomstig van de harde of van de gecombineerde röntgenstra-lingsenergie.

5 Indien echter schakelaar 4 in de tweede positie is, is geen ladingtransport mogelijk van beeldopneemelement 2j naar beeldopneemelement 2^+^. Schakelaar 4 is echter zodanig verbonden dat dan de lading vanuit het beeldopneemelement 2j getransporteerd wordt naar een in het halfgelei-10 dersubstraat, dat de beeldopneeminriehting bevat, gevormd geleidingskanaal 8, dat de beeldinformatie van het beeldopneemelement 2f transporteert naar een tweede horizontaal schuifregister 9, met een uitgangsklem 10. De informatie van de beeldopneemelementen 2a...2-[ is representatief 15 voor de hoeveelheid door een beeldpunt van het te doorstralen lichaam doorgelaten harde röntgenstraling. Het schuif-register 9 kan deze informatie uitlezen van elk van de beeldopneemelementen van de kolommen la-ln en op gebruikelijke wijze achtereenvolgens afgeven aan 20 een uitgangsklem 10.

De beeldopneemelementen 2j[+i...2m ontvangen in de tweede positie van schakelaar 4 uitsluitend het door de gecombineerde röntgenstraling gevormde licht, zodat het schuifregister 6 nu vanuit beeldopneemelement 2m 25 beeldinformatie van de beeldopneemelementen 2^+^.. • ^m ontvangt, die representatief is voor de hoeveelheid door het beeldpunt van het te doorstralen lichaam doorgelaten hoeveelheid gecombineerde straling.

Door de uitgangssignalen van de schuifregisters 30 6 en 9 al dan niet op het halfgeleidersubstraat te combi neren, kan door een eenvoudige substractiebewerking de beeldinformatie van de harde röntgenstraling en die van de zachte röntgenstraling van elkaar worden gescheiden om deze verder te bewerken.

35 Om eventuele gevoeligheidsverschiHen van de beeldop neemelementen voor harde en gecombineerde röntgenstraling 8602615 f > -8- te compenseren, of om anderszins een schaalfaktor in te voeren kan de plaats van de schakelaar 4 op een willekeurige plaats langs de kolom 1 worden gekozen, zodat het dus niet nodig is dat i - m/2. Het is ook mogelijk 5 te voorzien in een aantal schakelaars 4 voor een aantal beeldopneemelementen van de kolom 1, waarbij naar keuze één van die schakelaars in de tweede positie kan worden gebracht om een eerste kolomgedeelte, een eerste röntgen-stralingsenergie en een tweede kolomgedeélte een tweede 10 röntgenstralingsenergie te doen detecteren. Daarbij is vanzelfsprekend voorzien in een geleidingskanaal 8 dat de lading kan ontvangen van elk van de beeldopneemelementen waaraan een schakelaar 4 is toegevoegd.

In plaats van het schuifregister 6 aan het ene 15 uiteinde en het schuifregister 9 aan het andere uiteinde van de kolom te plaatsen is het mogelijk beide schuifregis-ters 6 en 9 aan één uiteinde van een kolom te plaatsen.

Fig. 2 toont schematisch een bovenaanzicht van een tweede uitvoeringsvoorbeeld, waarbij terwille van 20 de eenvoud slechts het oppervlak van een enkele TDI

kolom 11 van een beeldopneeminrichting is getoond, terwijl ook de bijbehorende schuifregisters en de kloksignaalbus zijn weggelaten, omdat de verwerking van de met de opbouw volgens fig. 2 verkregen beeldinformatie op dezelfde 25 wijze kan geschieden als bij de opbouw volgens fig. 1.

De kolom 11 omvat een gebied 11a met beeldopneemelementen 12a-12m en een gebied 11b met beeldopneemelementen 12'ί-12^, waarbij i^m. Ook bij deze uitvoeringsvorm is de röntgenstralingsbron zodanig ingericht en ten 30 opzichte van de kolom 11 gepositioneerd dat één gedeelte van de kolom, b.v. het in fig. 2 met A aangegeven gedeelte, gecombineerde, d.w.z. harde en zachte, röntgenstraling ontvangt en het gebied dat aangegeven is met B slechts gefilterde, harde röntgenstraling. De beeldopneemelementen 35 12a-12i in het gedeelte A van het gebied 11a van kolom 11 strekken zich daarbij uit over een grotere breedte 8602615 . ... 1 9 -9- dan de beeldopneemelementen in resp. het gebied 11a en het gebied lib in het gedeelte B.

Het beeldopneemelement 12m van bet kolomgebied 11a geeft nu een lading af die representatief is voor 5 de som van het door de gecombineerde röntgenstraling opgewekte licht dat door de beeldopneemelementen 12a-12i is ontvangen en het door de harde röntgenstraling opgewekte licht dat door de beeldopneemelementen 12i-12m is ontvangen.

Het beeldopneemelement 12'm van het kolomgebied 11b 10 geeft een lading af die representatief is voor het door de harde röntgenstraling opgewekte licht dat door de beeldopneemelementen 12'i-12'm is ontvangen.

Wanneer, zoals in fig. 2, het oppervlak van het gebied 11a driemaal zo groot is als dat van 11b en het 15 oppervlak van gebied 11b als eenheid wordt gekozen, geeft beeldopneemelement 12m een lading af die driemaal informatie tengevolge van harde röntgenstraling en tweemaal informatie tengevolge van zachte röntgenstraling bevat en het beeldopneemelement 12'm een lading die 20 eenmaal informatie tengevolge van harde röntgenstraling bevat. De informatie van resp. de beeldopneemelementen 12m en 12'm kan op dezelfde wijze worden verwerkt als bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1, al dan niet op de chip die de beeldopneeminrichting bevat. Het voordeel 25 van de uitvoeringsvorm volgens fig. 2 is dat er in de chip geen apart geleidingskanaal noodzakelijk is om de lading van een kolomgedeelte naar een schuifregister te transporteren en ook geen schakelaar om een beeldopneemelement met genoemde geleider te kunnen verbinden.

30 Alhoewel in fig. 2 de gebieden 11a en 11b van kolom 11 een oppervlakteverhouding van 3:1 bezitten, is het vanzelfsprekend ook mogelijk om deze verhoudingen anders . te kiezen, zolang een en ander zo is geconstrueerd dat één van beide gebieden slechts één bepaalde röntgenstra-35 lingsenergie ontvangt en het andere gebied beide röntgen-stralingsenergieën.

8 6 0 2 6 1 §

Claims (9)

1. Beeldopneeminrichting omvattende een matrix met horizontale rijen en verticale kolommen beeldopneemelementen, middelen voor het toevoeren van kloksignalen aan de matrix beeldopneemelementen voor het in de time-5 delay-and-integration modus verplaatsen van de beeldinformatie in kolomrichting en-middelen voor het steeds uit een kolom uitlezen van beeldinformatie, met het kenmerk, dat iedere kolom beeldopneemelementen ten minste twee gebieden met beeldopneemelementen omvat en dat de uitlees-10 middelen voor elk gebied uitleesmiddelen omvatten die gekoppeld zijn om beeldinformatie van het bijbehorende gebied uit te lezen.

2. Beeldopneeminrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gebieden van iedere kolom in kolomrich-15 ting in eikaars verlengde gelegen zijn.

3. Beeldopneeminrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat voorzien is in schakelmiddelen behorend bij één enkel beeldopneemelement in de kolom, en in een geleidingskanaal dat enerzijds via de schakelmiddelen 20 gekoppeld kan worden met genoemd beeldopneemelement en anderzijds in verbinding staat met de eerste uitleesmiddelen, waarbij de schakelmiddelen zijn ingericht om in een positie ladingtransport in de kolomrichting ter plekke van genoemd beeldopneemelement te blokkeren.

4. Beeldopneeminrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de schakelmiddelen in een andere positie het transport van lading in kolomrichting ter plekke van genoemde beeldopneemelementen toelaten, in welke positie de schakelmiddelen een ladingtransport van die 30 beeldopneemelementen naar het bijbehorende geleidingskanaal blokkeren.

5. Beeldopneeminrichting volgens conclusie 3 en 4, met het kenmerk, dat per gebied voorzien is in een aantal schakelmiddelen voor steeds een bepaald beeldopneemelement 860 2 6 1 5 ft -11- van een aantal beeldopneemelementen van het betreffende gebied van de kolom, welke schakelmiddelen in een positie lading van het bijbehorende beeldopneemelement naar het geleidingskanaal kunnen transporteren, van welke 5 schakelmiddelen in bedrijf er slechts één in de ene positie is, terwijl de overige in de andere positie zijn.

6. Beeldopneeminrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de beeldopneemelementen van een eerste 10 gebied zich uitstrekken over de gehele lengte van de kolom en de beeldopneemelementen van elk volgend gebied slechts over een steeds kleiner gedeelte van de lengte van de kolom.

7. Beeldopneeminrichting volgens conclusie 6, met 15 het kenmerk, dat de, gezien in transportrichting, laatste beeldopneemelementen van de gebieden op één lijn gelegen zijn nabij de bijbehorende uitleesmiddelen.

8. Beeldopneeminrichting volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de beeldopneemelementen van een 20 gebied over een gedeelte van de kolomlengte een grotere breedte bezitten dan over het resterende gedeelte van de kolom en dat aangrenzend aan dat resterende gedeelte een volgend gebied met beeldopneemelementen is gelegen.

9. Inrichting voor het vormen van een röntgenbeeld 25 van een te onderzoeken lichaam, voorzien van een röntgen-stralingsbron, van middelen om de door deze bron uitgezonden röntgenstralingsbundel periodiek een eerste of een tweede spectraalzwaartepunt te geven en van middelen voor het detecteren van de door het lichaam doorgelaten röntgenstraling, met het kenmerk, dat de detectiemiddelen 30 een beeldopneeminrichting volgens ten minste één der conclusies 1 t/m 8 omvat. 8602615