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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenuntersuchungsvorrichtung
mit einem Röntgendetektor
zur Umwandlung eines Röntgenbildes
in ein optisches Bild und einem Dosierungskontrollsystem mit einem
Photodetektor zum Messen der Helligkeitswerte des optischen Bildes,
wobei der Photodetektor ein Bildaufnahmeteil umfasst.
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Eine
Röntgenuntersuchungsvorrichtung
dieser Art ist aus der europäischen
Patentanmeldung
EP 0 629 105 bekannt.
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Die
bekannte Röntgenuntersuchungsvorrichtung
umfasst ein Dosierungskontrollsystem, in dem der Photodetektor ein
CCD-Sensor ist und in dem eine Photodiode als Photosensor verwendet wird.
Das Dosierungskontrollsystem umfasst eine Einstelleinheit, um ein
Spannungs-Frequenz-Signal (V/f) von dem Photosensorsignal abzuleiten.
Der Signalpegel des Photosensorsignals ist maßgebend für die Frequenz des Spannungs-Frequenz-Signals.
Da das Photosensorsignal die mittlere Helligkeit in dem optischen
Bild darstellt, stellt die Frequenz des V/f-Signals die mittlere
Helligkeit des optischen Bildes dar. Das V/f-Signal wird einer Takteinheit
zugeführt,
die anhand der Frequenz des V/f-Signals die Integrationszeit des
Photodetektors einstellt. Die Einstelleinheit stellt somit die Empfindlichkeit
des CCD-Sensors auf der Basis der mittleren Helligkeit des optischen Bildes
ein. Die Helligkeit des optischen Bildes wird anhand des Photodetektorsignals
geregelt, das Bildinformationen einer interessierenden Region (region of
interest, ROI) in dem optischen Bild enthält, zum Beispiel durch die
Einstellung der Röntgenquelle, oder
der Signalpegel des elektronischen Bildsignals wird durch die Einstellung
der Verstärkung
der Bildaufnahmevorrichtung oder der Apertur einer Blende der Bildaufnahmevorrichtung
geregelt.
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Bei
zunehmender Helligkeit des optischen Bildes nimmt die Frequenz des
V/f-Signals zu, und dadurch wird die Integrationszeit des Photodetektors verkürzt. Wenn
die Integrationszeit kürzer
wird als die zum Auslesen des CCD-Sensors benötigte Zeit, wird die Integration
eines Bildes durch den Photodetektor des Dosierungskontrollsystems
gestoppt, wenn das vorhergehende Bild noch nicht aus dem Bildspeicher des
CCD-Sensors gelesen ist. Ein Nachteil der bekannten Röntgenuntersuchungsvorrichtung
besteht darin, dass das gerade integrierte Bild dann nicht an den
Bildspeicher übertragen
werden kann, sondern erneut ein Bild aufgenommen werden muss, das – nachdem
der Bildspeicher geleert wurde – an
den Bildspeicher übertragen
und anschließend
ausgelesen wird. Insbesondere wenn eine Bildintegration gerade vor
dem Leeren des Bildspeichers gestoppt wird, benötigt die bekannte Röntgenuntersuchungsvorrichtung
eine relativ lange Zeit, nämlich
beinahe das Doppelte der Auslesezeit, um das Regelsignal an eine
Veränderung
im optischen Bild, zum Beispiel eine höhere Helligkeit, anzupassen.
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Die
Erfindung hat zur Aufgabe, eine Röntgenuntersuchungsvorrichtung
zu schaffen, die ein Dosierungskontrollsystem umfasst, welches in
der Lage ist, das Regelsignal sehr schnell an eine Änderung
im optischen Bild anzupassen.
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Dieses
Ziel wird mit einer erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung
erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bildspeicherteil
ein erstes Speicherteil und ein zweites Speicherteil umfasst und
vorgesehen ist, um Helligkeitswerte in dem ersten Speicherteil aufzunehmen,
während Helligkeitswerte
aus dem zweiten Speicherteil ausgelesen werden.
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Die
Röntgenuntersuchungsvorrichtung
umfasst eine Bildaufnahmevorrichtung zum Ableiten eines Bildsignals
von dem optischen Bild. Das Bildsignal ist zum Beispiel ein elektronisches
Videosignal, dessen Signalpegel Helligkeitswerte des optischen Bildes
darstellen. Das Dosierungskontrollsystem sorgt dafür, dass
die Röntgenvorrichtung
so justiert ist, dass ein Röntgenbild
von hoher diagnostischer Qualität
gebildet und reproduziert wird, d. h. dass kleine Details in das
Röntgenbild
aufgenommen und auf geeignete sichtbare Weise wiedergegeben werden.
Zu diesem Zweck sorgt das Dosierungskontrollsystem dafür, dass
der Signalpegel des Bildsignals in einem geeigneten Intervall liegt.
Das Dosierungskontrollsystem leitet ein Regelsignal von dem Photodetektorsignal
ab. Dieses Regelsignal wird benutzt, um die Intensität und/oder
die Energie des Röntgenstrahlenbündels zu
regeln. Dieses Regelsignal eignet sich auch zum direkten oder indirekten
Regeln des Signalpegels des Bildsignals.
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Das
Bildaufnahmeteil umfasst eine Vielzahl von photosensitiven Elementen
und das Bildspeicherteil eine Vielzahl von Bildspeicherelementen. Einzelne
photosensitive Element wandeln das einfallende Licht in elektrische
Ladungen um, die die Helligkeitswerte des optischen Bildes darstellen.
Das optische Bild wird während
aufeinanderfolgender, kurzer Intervalle durch das Bildaufnahmeteil
aufgenommen, so dass aufeinanderfolgende Helligkeitswerte der aufeinanderfolgenden
Bilder aufgenommen werden. Die elektrischen Ladungen werden in den
Bildspeicherelementen gespeichert. Die Empfindlichkeit des Photodetektors
wird auf der Basis der mittleren Helligkeit des optischen Bildes
geregelt. Zu diesem Zweck wird ein Photosensor verwendet, um ein
Photosensorsignal von dem optischen Bild abzuleiten. Dieses Photosensorsignal
stellt die mittlere Helligkeit des optischen Bildes dar und die
Empfindlichkeit des Photodetektors wird mit Hilfe des Photosensorsignals
geregelt. Das Photodetektorsignal wird gebildet, indem die Helligkeitswerte
des ersten Bildes aus dem ersten Speicherteil ausgelesen werden.
Wenn die Empfindlichkeit des Photodetektors auf einen niedrigen
Wert eingestellt wurde, wird das Bildaufnahmeteil eine sehr kurze
Zeit benötigen,
um ein Bild aufzunehmen. Da die zum Aufnehmen eines Bild benötigte Zeit
kürzer
ist, ist es wahrscheinlicher, dass die Aufnahme eines nächsten Bildes
in dem Bildspeicherteil beendet sein wird, bevor das Auslesen des
ersten Bildes beendet ist. In dieser Situation wird das nächste Bild
als ein zweites Bild in dem zweiten Speicherteil gespeichert. Damit
wird erreicht, dass das Photodetektorsignal, das dem nächsten Bild
entspricht, zur Verfügung
gestellt wird, ohne dass es erforderlich ist, nach dem Auslesen
des vorhergehenden elektronischen Bildes wieder ein Bild aufzunehmen.
Die erfindungsgemäße Röntgenuntersuchungsvorrichtung ermöglicht damit
das Auslesen von Bildern aus dem Photosensor in schneller Folge
und die Anpassung des Regelsignals auf der Basis dieser Bilder.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Speicherteil einen Bildspeicher
bildet und dass das zweite Speicherteil als ein Zwischenspeicher
ausgeführt
ist, der mit dem Bildaufnahmeteil und dem Bildspeicher gekoppelt
ist.
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Der
Zwischenspeicher ist ein Speicherteil, das sich zwischen dem Bildaufnahmeteil
und dem Rest des Bildspeichers befindet. Das elektronische Bild
wird von dem Bildaufnahmeteil an den Zwischenspeicher übertragen,
und sobald der Bildspeicher frei ist, wird das elektronische Bild
von dem Zwischenspeicher an den Bildspeicher übertragen. Um ein elektronisches
Bild von dem Bildaufnahmeteil an den Zwischenspeicher und von dem
Zwischenspeicher an den Bildspeicher zu übertragen wird viel weniger Zeit
benötigt
als für
das Auslesen des Photodetektorsignals. Sobald ein elektronisches
Bild als Photodetektorsignal aus dem Bildspeicher ausgelesen ist, kann
das elektronische Bild in dem Zwischenspeicher schnell an den Bildspeicher übertragen
werden, so dass der Zwischenspeicher schnell wieder zur Verfügung steht,
um ein neues elektronisches Bild aus dem Bildaufnahmeteil zu empfangen.
Zum Beispiel ist es möglich,
innerhalb einer im Vergleich mit der Auslesezeit sehr kurzen Zeit
nach dem Auslesen des elektronischen Bildes mit dem Auslesen des
folgenden elektronischen Bildes zu beginnen, das inzwischen an den
geleerten Bildspeicher übertragen wurde.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bildaufnahmeteil mit dem Zwischenspeicher
ladungsgekoppelt ist und/oder dass der Bildspeicher mit dem Zwischenspeicher
ladungsgekoppelt ist.
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Die
ladungsgekoppelte Übertragung
von einem elektronischen Bild aus dem Bildaufnahmeteil an den Zwischenspeicher
und von dort an den Bildspeicher erfolgt innerhalb sehr kurzer Zeit.
Infolgedessen erfordert die Anpassung des Regelsignals an eine Änderung
in dem optischen Bild nicht mehr Zeit als im Wesentlichen das Auslesen
des Photodetektors.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher einen Teil
des Bildaufnahmeteils bildet.
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Bei
dieser Ausführungsform
reicht es aus, das elektronische Bild in dem Bildaufnahmeteil durch ladungsgekoppelte Übertragung
innerhalb des Bildaufnahmeteils zu verschieben, so dass besonders wenig
Zeit zum Speichern des elektronischen Bildes in dem Zwischenspeicher
benötigt
wird. Falls das elektronische Bild ausreichend kleiner ist als die
Kapazität
des Bildaufnahmeteils, d. h. kleiner als das größte Bild, das als Ganzes in
dem Bildaufnahmeteil untergebracht werden kann, brauchen keine Bildinformationen
verloren zu gehen, wenn ein Teil des Bildaufnahmeteils als Zwischenspeicher
benutzt wird.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierungskontrollsystem ein
optisches System zum Abbilden von mindestens einem Teil des optischen Bildes
auf höchstens
einen Teil des Bildaufnahmeteils umfasst.
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Das
optische System stellt sicher, dass nur ein Teil des Bildaufnahmeteils
belichtet wird. Das Teil des Bildaufnahmeteils, das nicht belichtet
wird, bleibt als Zwischenspeicher verfügbar. Es ist zu beachten, dass
es aus der japanischen Patentanmeldung JP 63-48 974 an sich bekannt
ist, nur ein Teil des Bildaufnahmeteils zu belichten.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Gradientenindexlinse
(GRIN umfasst.
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Eine
Gradientenindexlinse (GRIN ist eine stabförmige Linse mit einem radial
verlaufenden Brechungsindex. Eine derartige GRIN-Linse hat eine Länge von
ungefähr
einem halben Zentimeter und einen Durchmesser von ungefähr 1 bis
2 mm. Weil eine GRIN-Linse so klein ist, nimmt sie sehr wenig Platz
in Anspruch. Infolgedessen trägt
die Verwendung einer derartigen GRIN-Linse zu einer kompakten Konstruktion
des Dosierungskontrollsystems bei. Außerdem hat eine GRIN-Linse
von geeigneter Länge
einen besonders kurzen Brennpunktabstand von ungefähr einem
Millimeter und eine hohe numerische Apertur. Dadurch kann die GRIN-Linse
sehr nahe an der lichtempfindlichen Oberfläche des Photodetektors angeordnet
werden und dennoch das optische Bild scharf auf einen Teil des Bildaufnahmeteils
abbilden, wobei der Rest des Bildaufnahmeteils nicht belichtet wird. Dadurch
wird der Störung
eines im Zwischenspeicher gespeicherten elektronischen Bildes während der
Belichtung des Bildaufnahmeteils entgegengewirkt. Die Verwendung
der GRIN-Linse macht eine kompakte Konstruktion des Dosierkontrollsystems möglich. Aus
der japanischen Patentanmeldung JP 4-188 872 ist es übrigens
an sich bekannt, mit einer optischen Faser ein einzelnes lichtempfindliches
Element des Bildaufnahmeteils zu belichten.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierungskontrollsystem vorgesehen
ist, um der Röntgenquelle
oder der Hochspannungsversorgung der Röntgenquelle ein Regelsignal
zuzuführen.
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Das
Regelsignal wird verwendet, um die Energie und die Intensität der Röntgenstrahlung
auf der Basis der Helligkeitswerte in dem optischen Bild einzustellen.
Dadurch wird eine Über-
oder Unterbelichtung der interessierenden Regionen in dem optischen
Bild vermieden. Das von dem genannten optischen Bild abgeleitete
elektronische Bildsignal wird verwendet, um die Bildinformationen
mit einer hohen diagnostischen Qualität darzustellen, d. h. auf eine solche
Weise, dass kleine Details gut sichtbar sind.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierungskontrollsystem vorgesehen
ist, um das Regelsignal einer Regeleinheit oder einer Blende der Bildaufnahmevorrichtung
zuzuführen.
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Wenn
die Bildaufnahmevorrichtung mit Hilfe des Regelsignals auf der Basis
von Bildinformationen in dem optischen Bild eingestellt wird, liefert
die Bildaufnahmevorrichtung ein elektronisches Bildsignal, das die
Anzeige der Bildinformationen mit einer hohen diagnostischen Qualität erlaubt.
Mit dem Regelsignal wird vor allem die Blendenapertur oder die Verstärkung der
Bildaufnahmevorrichtung in Übereinstimmung
mit der mittleren Helligkeit und/oder dem Dynamikbereich in interessierenden
Regionen im optischen Bild eingestellt. Im Falle einer geeigneten Verstärkung und/oder
Blendenapertur liefert die Bildaufnahmevorrichtung ein elektronisches
Bildsignal, mit dem die Bildinformationen in einer entsprechenden
interessierenden Region des Röntgenbildes
mit einer hohen diagnostischen Qualität angezeigt werden.
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Die
Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, eine Röntgenuntersuchungsvorrichtung
zu schaffen, die eine schnellere Erfassung von Bildsignalen aus aufeinanderfolgenden
Röntgenbildern
ermöglicht
als bei einer herkömmlichen
Röntgenuntersuchungsvorrichtung,
ohne dass Störungen
in die genannten Bildsignale eingeführt werden. Diese Aufgabe wird
mit Hilfe einer Röntgenuntersuchungsvorrichtung
gelöst, wie
sie in Anspruch 10 definiert ist. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung
wird erreicht, dass das dem nächsten
Bild entsprechende Bildsignal zur Verfügung gestellt wird, ohne dass
nach dem Lesen des vorhergehenden elektronischen Bildes aus dem
Bildspeicherteil des Bildsensors wieder ein Bild aufgenommen werden
muss.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme
auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ausführlich erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung;
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2 eine schematische Darstellung
einer ersten Ausführungsform
des Photodetektors des Dosierungskontrollsystems der Röntgenuntersuchungsvorrichtung
aus 1;
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3 eine schematische Darstellung
einer zweiten Ausführungsform
des Photodetektors des Dosierungskontrollsystems der Röntgenuntersuchungsvorrichtung
aus 1; und
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4 eine schematische Darstellung
einer dritten Ausführungsform
des Photodetektors des Dosierungskontrollsystems der Röntgenuntersuchungsvorrichtung
aus
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1.
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1 zeigt eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung.
Die Röntgenuntersuchungsvorrichtung 1 umfasst
eine Röntgenquelle 2,
die ein Röntgenstrahlenbündel 3 zur
Bestrahlung eines Objekts, beispielsweise eines radiologisch zu
untersuchenden Patienten, emittiert. Der Röntgendetektor ist in der vorliegenden
Ausführungsform
ein Röntgenbildverstärker 5,
der die durch das Objekt gedrungenen Röntgenstrahlen auffängt. Aufgrund
der lokal unterschiedlichen Absorption der Röntgenstrahlen im Objekt 4 wird
auf einem Eintrittsschirm 20 des Röntgenbildverstärkers 5 ein
Röntgenbild
gebildet. Der Eintrittsschirm 20 umfasst eine Photokathode 21,
die die einfallende Röntgenstrahlung
in ein Elektronenstrahlbündel
umwandelt. Mit einem elektronenoptischen System 22, das
die Photokathode 21, eine Hohlanode 23 und Fokussierelektroden 24 enthält, wird
das Elektronenstrahlbündel
auf eine Leuchtstoffschicht 25 abgebildet. Die Leuchtstoffschicht 25 ist
auf einem Austrittsfenster 26 angebracht. Durch die eintreffenden
Elektronen wird das optische Bild auf der Leuchtstoffschicht 25 erzeugt.
Die Leuchtstoffschicht 25 wandelt die einfallenden Elektronen
in sichtbares Licht oder infrarote oder ultraviolette Strahlung
um.
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Das
Austrittsfenster 26 ist mit Hilfe eines optischen Systems 27,
das ein Linsenpaar 28, 29 umfasst, mit der Bildaufnahmevorrichtung 6 gekoppelt. Eine
der Linsen ist die Kameralinse 29. Bei der Bildaufnahmevorrichtung
handelt es sich zum Beispiel um eine CCD-Videokamera. Das aus dem
Austrittsfenster tretende Licht wird durch das optische System und
eine Linse 30 auf dem CCD-Sensor 31 abgebildet.
Zwischen der Kameralinse 29 und der Linse 30 ist
eine Blende 33 mit einer einstellbaren Apertur angeordnet.
Mit Hilfe der Blendenapertur wird die Intensität des auf den CCD-Sensor auftreffenden Lichts
geregelt. Der CCD-Sensor wandelt das optische Bild auf dem Austrittsfenster
in ein primäres Bildsignal
um, das durch einen internen Verstärker 32 verstärkt wird,
welcher das elektronische Bildsignal an einen Ausgang der Bildaufnahmevorrichtung 6 liefert.
Das elektronische Bildsignal wird einem Monitor 40 zugeführt, auf
dem die Bildinformationen des Röntgenbildes
angezeigt werden, oder es wird einer Bildverarbeitungseinheit 41 zur
weiteren Verarbeitung zugeführt.
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Die
Röntgenuntersuchungsvorrichtung 1 umfasst
auch ein Dosierungskontrollsystem 7 zur Regelung der Helligkeit
der interessierenden Regionen in dem optischen Bild und/oder des
Signalpegels des elektronischen Bildsignals. Damit wird erreicht, dass
die interessierenden anatomischen Strukturen mit einer hohen diagnostischen
Qualität
angezeigt werden, d. h. dass kleine Details deutlich sichtbar in dem
Bild dargestellt werden. Ein kleines Strahlenbündel 46, das von dem
parallelen Lichtbündel 45 zwischen
den Linsen 28 und 29 abgespalten wurde, wird dem
Dosierungskontrollsystem mit Hilfe eines Teilungsprismas 47 zugeführt. Das
Teilungsprisma kann natürlich
durch einen teilweise trans parenten Spiegel ersetzt werden. Das
Dosierungskontrollsystem umfasst den Photosensor 8, zum
Beispiel eine Photodiode. Das abgespaltene Strahlenbündel wird mit
einem Strahlenteiler 50 in ein erstes Teilstrahlenbündel 51 und
ein zweites Teilstrahlenbündel 52 geteilt.
Das erste Teilstrahlenbündel 51 wird
von dem Photosensor 8 empfangen, der einem V/f-Umsetzer 53 ein
Photosensorsignal zuführt,
das die mittlere Helligkeit in dem optischen Bild darstellt. Der
V/f-Umsetzer 53 setzt das Photosensorsignal in ein digitales Empfindlichkeitsregelsignal
um, dessen Frequenz sich proportional zu der Signalamplitude des
Photosensorsignals verhält.
Der V/f-Umsetzer 53 führt
das digitale Signal einer Timer-Einheit 54 zu, die die
Integrationszeit des Photodetektors 9 auf der Basis des digitalen
Empfindlichkeitsregelsignals regelt. Die Empfindlichkeit des Photodetektors 9,
bei dem es sich vorzugsweise um einen CCD-Bildsensor handelt, kann
auf der Basis der Integrationszeit geregelt werden, während der
der Photodetektor das einfallende Licht in elektrische Ladung umwandelt.
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Das
zweite Teilstrahlenbündel 52 wird
mit einer Gradientenindexlinse 16 scharf auf (einem Teil) der
lichtempfindlichen Oberfläche
des Photodetektors 9 abgebildet. Das optische Bild wird
zum Beispiel auf einen vergleichsweise kleinen Teil mit 32 × 32 oder
64 × 64
Pixeln abgebildet. Das Photodetektorsignal enthält daher Bildinformationen,
die die vergleichsweise groben Strukturen in dem optischen Bild
darstellen. Von dem Photodetektorsignal wird mit Hilfe einer Signalverarbeitungseinheit 55 ein
Regelsignal abgeleitet. Um die Energie und die Intensität der Röntgenquelle 2 zu
regeln, führt
die Signalverarbeitungseinheit 55 das Regelsignal der Hochspannungsversorgung 17 der
Röntgenquelle 2 zu.
Die Energie und die Intensität
des Röntgenstrahlenbündels 3 werden
auf der Basis des genannten Regelsignals auf eine solche Weise eingestellt,
dass eine interessierende Region (region of interest, ROI) in dem
optischen Bild eine derartige Helligkeit und einen derartigen Kontrast
aufweist, dass die Bildinformationen in der genannten interessierenden
Region mit einer hohen diagnostischen Qualität angezeigt werden, zum Beispiel
auf dem Monitor 40. Die Einstelleinheit 18 oder
die Blendenapertur der Bildaufnahmevorrichtung wird auf der Basis
des Regelsignals geregelt, das von der Signalverarbeitungseinheit 55 geliefert wird.
Dadurch wird die Helligkeit der ROI in dem optischen Bild und/oder
die Blende so eingestellt, dass die Intensität des auf den Bildsensor einfallenden Lichts
genau in dem Dynamikbereich der Bildaufnahmevorrichtung liegt. Auf
diese Weise wird vermieden, dass Bildinformationen bei der Bildung
des elektronischen Bildsignals verstümmelt werden oder verloren gehen.
Falls erforderlich, wird die Einstelleinheit auch benutzt, um die
Verstär kung
des elektronischen Bildsignals auf der Basis des Regelsignals auf
eine solche Weise einzustellen, dass die Bildinformationen in der
genannten interessierenden Region mit einer hohen diagnostischen
Qualität
angezeigt werden.
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2 zeigt eine schematische
Darstellung einer ersten Ausführungsform
des Photodetektors
9 des Dosierungskontrollsystems
7 der
in
1 dargestellten Röntgenuntersuchungsvorrichtung
1.
Bei dem Photodetektor handelt es sich um eine ladungsgekoppelte
photoempfindliche Vorrichtung, die ein Bildaufnahmeteil
11 mit
einer Vielzahl von photoempfindlichen Elementen
12 umfasst.
Der Einfachheit halber sind in der
4 × 4 photoempfindliche
Elemente in dem Bildaufnahmeteil dargestellt, jedoch werden in der
Praxis Photodetektoren mit einem Bildaufnahmeteil verwendet, das
512 × 512
oder 350 × 300
photoempfindliche Elemente enthält.
Durch das einfallende Licht, zum Beispiel sichtbares Licht oder infrarote
oder ultraviolette Strahlung, werden Ladungsträger in dem Halbleitermaterial
des Photodetektors freigesetzt, die sich unterhalb der Anschlusskontakte
der betreffenden photoempfindlichen Elemente sammeln. Wenn die Spannungen
an den Anschlusskontakten entsprechend einem geeigneten Muster mit
Hilfe einer Reihenansteuerung
60 variiert werden, werden
die gesammelten Ladungsträger, und
damit das durch die genannten Ladungsträger gebildete elektronische
Bild, in Richtung eines Ausleseregisters
62 transportiert.
Sobald die Integrationszeit des Bildaufnahmeteils abgelaufen ist,
wird das elektronische Bild an einen Zwischenspeicher
15 übertragen.
Dieser Zwischenspeicher ist gegen das einfallende Licht abgeschirmt,
weist aber ansonsten die gleiche Konstruktion auf wie das Bildaufnahmeteil.
Da das elektronische Bild durch ladungsgekoppelte Übertragung
der Ladungen von dem Bildaufnahmeteil an den Zwischenspeicher übertragen
wird, wird für
diese Übertragung
des elektronischen Bildes nur wenig Zeit benötigt. Die Übertragungsdauer τ
s zum Übertragen
eines elektronischen Bildes mit 300 Bildlinien beträgt nur 46 μs; noch viel
weniger Zeit, etwa 5 μs,
wird für
die Übertragung
eines kleinen Bildes von 32 × 32
Pixeln an den Zwischenspeicher benötigt. Ungefähr die gleiche Zeit wird für die ladungsgekoppelte Übertragung
des elektronischen Bildes aus dem Zwischenspeicher
15 an
den Bildspeicher
13 benötigt.
Der Bildspeicher
13 enthält wie der Zwischenspeicher
15 eine
Vielzahl von Speicherelementen
14. Wie der Zwischenspeicher
15 ist
auch der Bildspeicher
13 gegen einfallendes Licht abgeschirmt.
Der Zwischenspeicher und der Bildspeicher können zu diesem Zweck beispielsweise
mit einer Aluminiumschicht bedeckt sein. Nachdem das elektronische
Bild in dem Bildspeicher
13 gespeichert ist, werden die
Ladungen an ein Ausleseregister
61 übertragen, welches ein elektronisches
Signal bildet, das durch einen Verstärker
62 in das primäre Bildsignal
umgewandelt wird, welches durch den internen Verstärker
32 der
Bildaufnahmevorrichtung
6 weiter verstärkt wird. Im Vergleich zu der
für die
ladungsgekoppelte Übertragung
benötigten
Zeit wird eine relativ lange Auslesezeit τ
r von
ca. 200 μs
benötigt,
um ein Bild mit 32 × 32
Pixeln auszulesen. An sich sind derartige Auslesezeiten aus der
europäischen
Patentanmeldung
EP 0 644 712 bekannt.
Wenn ein elektronisches Bild ausgelesen wurde, kann praktisch sofort danach
ein nächstes
elektronisches Bild ausgelesen werden, weil die Übertragung aus dem Zwischenspeicher
an den Bildspeicher wesentlich weniger Zeit erfordert (τ
s < < τ
r)
als das Auslesen des Bildes. Insbesondere wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass
wenn kurz vor der Beendigung des Auslesen eines vorhergehenden Bildes
die Aufnahme eines Bildes gestoppt wird, es nicht erforderlich sein
wird, ein neues Bild aufzunehmen, nachdem der Bildspeicher geleert
wurde. Während
des Auslesens des vorhergehenden elektronischen Bildes aus dem Bildspeicher
wird ein elektronisches Bild in dem Bildaufnahmeteil an den Zwischenspeicher übertragen.
Sobald das vorhergehende elektronische Bild ausgelesen ist, wird
das elektronische Bild im Zwischenspeicher an den Bildspeicher übertragen
und ausgelesen; der Zwischenspeicher steht dann wieder für die Speicherung
eines nächsten
elektronischen Bildes aus dem Bildaufnahmeteil zur Verfügung. Daher
ist es erfindungsgemäß möglich, dass
der Photodetektor eine Bildrate aufweist, die sich auf ca. 1/τ
r,
d. h. 5000 Bilder pro Sekunde, beläuft. Dadurch kann eine erfindungsgemäße Röntgenuntersuchungsvorrichtung sehr
schnell die Einstellungen an Änderungen
in dem optischen Bild auf dem Austrittsfenster des Röntgenbildverstärkers anpassen.
Wenn beispielsweise eine Bewegung in oder von dem Patienten eine
interessierende Region in dem optischen Bild verschiebt, wird die
Einstellung der Röntgenuntersuchungsvorrichtung
schnell angepasst, um diese interessierende Region weiterhin mit
hoher diagnostischer Qualität anzuzeigen.
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3 zeigt eine schematische
Darstellung einer zweiten Ausführungsform
des Photodetektors des Dosierungskontrollsystems der Röntgenuntersuchungsvorrichtung
aus 1. Der Photodetektor 9 aus 3 umfasst einen Zwischenspeicher 15,
der Teil des Bildaufnahmeteils 11 ist. Nur ein Teil 70 des Bildaufnahmeteils 11 wird
belichtet. Der Einfachheit halber zeigt 3 eine belichtete Fläche von nur 2 × 2 Elementen 12,
jedoch wird in der Praxis vorzugsweise eine Region mit 32 × 32 oder
64 × 64
Elementen belichtet. Die Anzahl der belichteten Elemente ist wesentlich
kleiner als die Gesamtzahl der Elemente des Bildaufnahmeteils 11 (zum
Beispiel 512 × 512 oder
300 × 350).
Eine GRIN-Linse mit einem kurzen Brennpunktabstand von beispielsweise
einem Millimeter und einer hohen numerischen Apertur von ca. 0,3
bis 0,5 kann vorteilhafterweise verwendet werden, um praktisch nur
auf Elemente in dem belichteten Teil Licht fallen zu lassen. Die
Elemente außerhalb
des belichteten Teils werden nicht belichtet und können daher
als Zwischenspeicher 15 benutzt werden.
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4 zeigt eine schematische
Darstellung einer dritten Ausführungsform
des Photodetektors des Dosierungskontrollsystems der Röntgenuntersuchungsvorrichtung
aus 1. Der Bildspeicher 13 umfasst
zwei separate Speicherteile 81, 82, die durch eine
Barriere 83 voneinander getrennt sind. Das optische System
ist so angeordnet, dass das aufgenommene Bild gleichzeitig auf zwei
Teilen 70 und 71 des Bildaufnahmeteils abgebildet
wird. Zu diesem Zweck werden beispielsweise zwei GRIN-Linsen verwendet.
Der Photodetektor umfasst eine Vielzahl von Reihenansteuerungen 64, 65, 66 und 67,
mit denen in den getrennten Teilen des Bildaufnahmeteils gebildete
elektronische Bilder unabhängig
voneinander an die separaten Speicherteile übertragen werden können. Wenn
noch ein vorhergehendes elektronisches Bild aus einem der Speicherteile
ausgelesen wird, kann das elektronische Bild aus einem der Teile des
Bildaufnahmeteils an das andere Bildspeicherteil übertragen
werden, während
das Auslesen des ersten Speicherteils fortgesetzt wird. Vorzugsweise
werden die Teile des Bildspeichers, die mit Hilfe des optischen
System belichtet werden, so gewählt,
dass die aufgenommenen Bilder an das betreffenden Speicherteil übertragen
werden, indem elektrische Ladungen entlang Spalten verschoben werden.
Um ein elektronisches Bildsignal auszulesen, werden die Ladungen
von dem betreffenden Speicherteil 81 oder 82 an
ein Ausleseregister 61 übertragen,
das ein elektronisches Signal bildet, welches durch einen Verstärker 62 in
das primäre
Bildsignal umgewandelt wird, das durch den internen Verstärker 32 der
Bildaufnahmevorrichtung 6 weiter verstärkt wird. Bei Bedarf kann der
Photodetektor einen zweiten Verstärker 63 enthalten.
Elektronische Bilder von den betreffenden Speicherteilen können dann
mit Hilfe der betreffenden Verstärker 62 und 63 in
primäre
elektronische Bildsignale umgewandelt werden. Indem für jedes Speicherteil
separate (zwei oder mehr) Verstärker
mit dem Ausleseregister gekoppelt werden, können die separaten Speicherteile
teilweise gleichzeitig ausgelesen werden, so dass mindestens ein
Speicherteil schneller für
ein nächstes
elektronisches Bild zur Verfügung
steht. Anstelle eines Photodetektors mit zwei Teilen, die durch
eine Barriere getrennt sind, können alternativ
zwei separate Photodetektoren verwendet werden, zum Beispiel zwei
CCD-Sensoren, auf
denen das gleiche Bild (im Wesentlichen) gleichzeitig aufgenommen
wird.