DE2062633A1 - Röntgenbelichtungsautomat - Google Patents

Description

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eHsr.· C H. F. MÖLLER Gälßil

Akte: PHB- 1538
Anmeldung vom: 17. Bp ζ. 1970

C.H.F. MÜLLER GMBH., 2 Hamburg 1, Alexanderstr. 1

"Röntgenbelichtungsautomat"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgeribelichtungsautomaten mit einem zwischen dem aufzunehmenden Objekt und dem Film angeordneten Strahlendetektor, der ein der

Dosis hinter dem Objekt proportionales Signal erzeugt, f

und einem Schalter, der von dem von der Dosis abhängigen Signal gesteuert wird und die Aufnahme beendet, sobald das Signal einen vorgebbaren Wert erreicht hat.

Bei Strahlendetektoren, die ein der Dosisleistung proportionales Ausgangssignal liefern, muß das Ausgangssignal allerdings integriert werdenj bei einer Ionisationskammer, bei der ein der Dosisleistung proportionaler Ionisationsstrom erzeugt wird, ist zu diesem Zweck ein Kondensator vorgesehen, der vom Ionisationsstrom aufgeladen wird, so daß die Spannung am Kondensator der Dosis proportional ist.

Die Dosis bzw. die Höhe des Signals, bei der der Schalter ™ die Aufnahme beenden muß, hängt von den Eigenschaften des Films und der Verstärkerfolie, von der gewünschten Filmschwärzung und von der Spannung an der Röntgenröhre ab.

Den größten Einfluß auf die Abschaltdosis haben die Eigenschaften der Film-Verstärkerfolien-Kombination. Die Abhängigkeit der Abschaltdosis von den Eigenschaften der Film-Folien-Kombination bringt mit sich, daß die Abschalt-

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dosis bei Verwendung einer Film-Folien-Kombination mit geringer Verstärkung wesentlich mehr erhöht werden muß als die Abschaltdosis einer Film-Folien-Kombination mit hoher Verstärkung, wenn die Schwärzung in beiden Fällen um den gleichen Betrag erhöht werden soll. Wenn also z. B. bei einer bestimmten Schwärzung die der Abschaltdosis proportionale Spannung bei der Film-Folien-Kombination mit niedriger Verstärkung 20 V beträgt und die bei der Film-Folien-Kombination mit hoher Verstärkung 10 V, dann muß die der Abschaltdosis proportionale Spannung (Abschaltspannung) der gering verstärkenden Film-Folien-Kombination beispielsweise um 2 V erhöht werden, um eine bestimmte Schwärzungserhöhung zu erzielen, während die Abschaltspannung der hoch verstärkenden Film-Folien-Kombination zur Erzielung der gleichen Schwärzungserhöhung nur um 1 V erhöht werden muß. Dadurch wird die Steuerung des Schalters zur Unterbrechung der Aufnahme erschwert. - Ähnliches gilt für Röntgenbelichtungsautomatenj bei denen das der Dosis proportional© Signal quantisiert wird, d. h. bei denen eine der Dosis bzw. dem der Dosis proportionalen Signal proportionale Anzahl von Impulsen gleicher Amplitude erzeugt wird, wie es aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 916 321 bekannt ist, denn bei verschiedenen Film-Folien-Kombinationen muß zur Erzielung der gleichen Schwärzungsänderung eine unterschiedliche Anzahl von Impulsen zusätzlich gezählt werden. Aus diesen Gründen wird bei den bekannten Belichtungsautomaten in der Regel nur mit einer bestimmten,vorher festzulegenden Film-Folien-Kombination gearbeitet.

Die gleiche Auswirkung hat grundsätzlich auch die Abhängigkeit der Abschaltdosis von der Spannung an der Röntgenröhre, die zudem auch noch durch die Konstruktion des Strahlendetektors bestimmt wird. Zwar muß bei Benutzung

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verschiedener Spannungen an der Röntgenröhre die Abschaltdosis zur Erzielung der gleichen Schwärze nicht in dem Maße geändert werden wie bei Verwendung verschiedener Film-Folien-Kombinationen (bei einem erprobten Belichtungsautomaten beträgt der Bereich für die spannungsabhängige Änderung der Abschaltdosis 1:2), doch ist es aus anderen Gründen nicht möglich, nur eine einzige Spannung zu benutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenbelichtungsautomaten zu schaffen, bei dem die Steuerung des Schalters zum Beenden der Aufnahme einfacher aufgebaut sein kann als bei den bekannten Belichtungsautomaten. ä

Bei einem Röntgenbelichtungsautomaten der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zur Bildung des Logarithmus des der Dosis proportionalen Signals vorgesehen ist und daß der Schalter die Aufnahme bei vorgebbaren Werten der logarithmierten Spannung beendet.

Es sind an sich in der Röntgentechnik Vorrichtungen bekannt, bei denen ebenfalls der Logarithmus einer Größe gebildet wird, z. B. der Logarithmus des mAs-Produktes. Dieser Logarithmus wird jedoch nur im Zusammenhang mit dem Logarithmus einer weiteren Größe, z. B. dem Logarithmus % der an der Röhre liegenden Spannung benutzt, um durch Summenbildung eine dem Logarithmus des Produktes dieser beiden Größen proportionale Spannung, z. B. eine dem Logarithmus der Röhrenbelastung proportionale Spannung, zu erzeugen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 die Schwärzungskurven zweier verschiedener Folien-Kombinationen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Röntgenbelichtungsautomaten und

Fig. 3a und 3b den zeitlichen Verlauf der Spannungen an den verschiedenen Baugruppen bei einem Gerät gemäß der Erfindung.

Anhand von Fig. 1, die die Schwärzungskurven I und II eines Filmes mit einer scharfzeichnenden Verstärkerfolie (I) und einer hochverstärkenden Verstärkerfolie (II) zeigt, wird die der Erfindung zugrundeliegende Lösung abgeleitet. Die Schwärzungskurven stellen die Abhängigkeit der Schwärzung des Filmes (die Schwärzung ist der dekadische Logarithmus des Quotienten zwischen der auf den Film auffallenden Lichtmenge und der durch den Film durchgelassenen Lichtmenge) von der auf den Film bzw. die Film-Folien-Kombination fallenden Strahlendosis dar; die Strahlendosis ist dabei im logarithmischen Maßstab aufgetragen. Der Verlauf der Schwärzungskurven ist typisch für alle Kurven dieser Art. Die Schwärzung beginnt oberhalb eines bestimmten Wertes zunächst langsam zuzunehmen, um dann - in der logarithmischen Darstellung - einen geradlinigen Teil zu durchlaufen, an den sich - nicht dargestellt wieder ein Teil mit geringerer Steigung anschließt. Für die Belichtung des Films wird im allgemeinen nur der lineare Teil der Schwärzung ausgenutzt. Typisch ist ferner, daß wenigstens im linearen Teil die Steigung der Schwärzungskurve bei einem Film mit verschiedenen Folien praktisch gleich ist, so daß die Kurven I und II zueinander praktisch parallel verlaufen. Dies gilt im übrigen auch für den Verlauf der Schwärzungskurven bei Verwendung

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einer Film-Folien-Kombination bei verschiedenen Röntgenröhrenspannungen, nur daß dann der Abstand der beiden Schwärzungskurven nicht so groß ist wie bei zwei verschiedenen Film-Folien-KoKibinationen (bei einer Röhrenspannung). Die Zeichnung zeigt, daß die Schwärzung bei beiden Kurven im gleichen Maße steigt, wenn der Logarithmus der Dosis um den gleichen Betrag erhöht wird. Wenn also die Spannung, die den Aufnahmeschalter steuert, dem Logarithmus der Dosis proportional wäre, könnte die Schwärzung bei zv/ei verschiedenen Film-Folien-Kombinationen bzw. bei zwei verschiedenen Spannungen im gleichen Maße erhöht werden, wenn die Abschaltspannungen in beiden Fällen um ä

den gleichen Betrag erhöht würden.

B^lig. 2 stellt einen Teil eines Röntgenbelichtungsautomaten gemäß der Erfindung dar. Dabei wird ein Kondensator 1 vom Ionisationsstrom aufgeladen, der - gegebenenfalls nach Verstärkung - von der nicht dargestellten Ionisationskammer geliefert wird. Es sei angenommen, daß die Röntgenröhre mit konstantem Strom und konstanter Spannung betrieben wird - diese Annahme ist für die Funktion des Belichtungsautoniaten an sich nicht wichtig, sie wird nur zur Vereinfachung der Erklärung gemacht - dann ist auch die Dosisleistung bzw. der von der Ionisationskammer gelieferte Ionisationsstrom konstant, so daß die Span- %

nung am Kondensator 1 linear mit der Zeit ansteigt (vergl. Fig. 3a, Kurve D, die den zeitlichen Verlauf der Dosis bzw. der Spannung am Kondensator 1 darstellt). Die Spannung wird über einen Widerstand 2 dem Eingang eines Operationsverstärkers 3 zugeführt, der durch einen Transistor 4, der die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers auf dessen Eingang rückkoppelt zu einem logarithmischen Verstärker ergänzt wird. Logarithmische Verstärker sind an sich bekannt, und auf dem Markt sind

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logarithmische Verstärker erhältlich, die ein Eingangssignal über mehrere Dekaden hinweg logarithmieren. Auf ihren Aufbau braucht daher an dieser Stelle nicht näher eingegangen zu werden. Der logarithmische Verstärker 3» ist so vorgespannt, daß er erst oberhalb einer bestimmten Spannung am Kondensator 1 bzw. oberhalb einer bestimmten Dosis Dq (vergl. Fig. 3a, Kurve D) den Logarithmus der . Kondensatorspannung - bezogen auf diesen Bezugswert (Dq) - zu bilden beginnt. Die Spannung u^ am Ausgang des logarithmischen Verstärkers 3, 4 hat daher den in Fig. 3a gezeichneten Verlauf. Sie wird über die Serienschaltung eines Widerstandes 5 und eines Kondensators 6 dem Eingang eines Verstärkers 8 mit einstellbarer Verstärkung zugeführt. Dem hochohmigen Eingang des Verstärkers 8 ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 7 parallelgeschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 8 ist mit dem Eingang eines Schv/ellwertschalters 9 verbunden, der oberhalb einer bestimmten Amplitude der Eingangsspannung einen Impuls einer bestimmten Dauer abgibt. Die Ausgangsimpulse des Schwellwertschalters 9 werden einer Zählschaltung 10 und der Basis des Transistors 7 zugeführt.

Mittels der Bauelemente 5 bis 9 wird das logarithmierte Signal quantisiert, d. h. es wird jedes Mal dann ein Ausgangsimpuls erzeugt, wenn der Logarithmus der Dosis um einen einstellbaren, konstanten Betrag gestiegen ist. Die Schaltung arbeitet wie folgt:

Zu Beginn, wenn die Spannung u.. Null ist» ist die Spannung U₂ am Eingang des Verstärkers 8 ebenfalls Null. Die Spannung U₂ ändert sich zunächst genauso wie die Spannung u^, weil der Kondensator 6 sich nicht über den hochohmigen Eingang des Verstärkers 8 oder die parallelgeschaltete Kollektor-Emitter-Strecke des gesperrten Tran-

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sistors 7 aufladen kann. Sobald die Spannung am Eingang des Verstärkers 8 einen bestimmten Wert erreicht hat, gibt der Schwellwertschalter 9 einen Impuls konstanter Dauer ab. Dieser Impuls macht den Transistor 7 leitend und schließt den Eingang des Verstärkers 8 kurz. Der Kondensator 6 kann sich nun über den Transistor 7 aufladen. Wenn der Widerstand 5, der Ausgangswiderstand des Verstärkers 3, der Widerstand des leitenden Transistors und die Größe der Kapazität 6 geeignet bemessen sind, kann sich der Kondensator 6 während der Dauer des von dem Schwellwertschalter 9 gelieferten Impulses auf die Schwellwertspannung u (vergl. Fig. 3a) aufladen. Nach Ende des j Impulses vom Schwellwertschalter 9 folgt die Spannung '

am Eingang des Verstärkers 8 wiederum der Ausgangsspannung u^, jedoch ist sie um den Betrag u_s niedriger. Sobald die Spannung u_o wiederum den Schwellwert u_ erreicht hat, lädt sich der Kondensator 6 auf die Spannung u^ auf, die dann den Wert 2 u_ hat. Danach folgt die Spannung u_o wiederum der Spannung U₁, ist jedoch um den Betrag 2 u niedriger usw.

Jeder Impuls bedeutet also eine bestimmte Änderung des Logarithmus der Dosis und - weil zwischen dem Logarithmus der Dosis und der Schwärzung ein linearer Zusammenhang besteht - eine bestimmte Schwärzungsänderung auf dem Film. J Der Betrag der Schwärzungsänderung hängt von dem Schwellwert u ab. Dieser kann durch Änderung der Verstärkung des Verstärkers 8 und/oder durch Änderung des Schwellwertes des Schwellwertschalters 9 geändert werden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Schwellwert so zu legen, daß nach jeder ungefähr 1Obigen Schwärzungsänderung ein Impuls erzeugt wird. Ein geübter Beobachter kann nämlich eine 1Oj6ige Schwärzungsänderung gerade noch erkennen. Legt man die Spannung u_g so, daß bei einem Film

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mit einem Gamma (Gamma ist die Steigung der Sehwärzungskurve, die bei handelsüblichen Röntgenfilmen mit Verstärkerfolie zwischen zwei und drei liegt) von 2,5 die Schwärzung jeweils um 10% zunimmt, dann kann man mit nur 55 Impulsen einen Dosisbereich Dq/D,-,- von 1 :16O überstreichen. Zur Erzielung des gleichen Ergebnisses mit einem Belichtungsautomaten, bei dem die Anzahl der erzeugten Impulse der Dosis proportional ist (DT-OS 1 916 321), würde man rund 1.650 Impulse benötigen, weil die Impulse zu Anfang relativ dicht beeinander liegen müssen und weil dieser geringe Abstand über den ganzen Dosisbereich beibehalten werden müßte (bei linear ansteigender Dosis sind die Abstände zwischen den einzelnen Impulsen gleich). Schon daraus ersieht man, daß auch die Verarbeitung der Impulse bei einem erfindungsgemäßen Belichtungsautomaten wesentlich einfacher ist.

Zweckmäßig wird die Dosis D_Q, bei der die Logarithmierung beginnt und die die Bezugsgröße für die Logarithmierung ist, so gewählt, daß der erste Impuls die kleinste bei der Belichtung der empfindlichsten Film-Folien-Kombination bei der geringsten Schwärzung erforderliche Dosis anzeigt. Dann muß bei dem weiter oben erläuterten Beispiel die Bezugsdosis D_Q nur um etwa 10% niedriger sein als die erwähnte kleinste Abschaltdosis.

Die Impulse vom Ausgang des Schwellwertschalters 9 (vergl. Fig. 3b) werden dem Zähler 10 zugeführt, der nach einer vorwählbaren Impulszahl dem Schalter zur Beendung der Aufnahme ein Kommando gibt. Die Vorwahl der Impulszahl, bei der abgeschaltet werden soll, erfolgt mittels der Vorwahleinrichtung 11. Dieser Vorwahleinrichtung wird die benutzte Film-Folien-Kombination, die Spannung an der

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Röntgenröhre und die gewünschte mittlere Schwärzung eingegeben, wobei die Eingabe der Spannung gegebenenfalls automatisch mit der Hochspannungseinstellung am nicht näher dargestellten Röntgenapparat erfolgen kann. Die Arbeit mit diesem Belichtungsautomaten könnte sich wie folgt gestalten:

Der Benutzer verwendet eine bestimmte Film-Folien-Kombination, die bei einer bestimmten Normalspannung an der Röntgenröhre (z. B. 80 kV) für eine bestimmte Schwärzung (z. B. 1,0) beispielsweise 22 Impulse benötigt. Der Be- d nutzer möchte diesen Film jedoch bei 100 kV Röntgenröhrenspannung und mit einer Schwärzung von 1,3 belichten. Zu diesem Zweck stellt der Benutzer an der Vorwahleinheit auf die verwendete Film-Folien-Kombination ein, so daß der Zähler die Aufnahme zunächst nach 22 Impulsen beenden würde. Da jedoch eine Schwärzung von 1,3 gewünscht wird, müssen 3 zusätzliche Impulse gezählt werden, so daß der Zähler dann erst nach 25 Impulsen abschalten würde. Da der Benutzer schließlich nicht mit 80 kV arbeitet, sondern 100 kV einstellt, wobei beispielsweise 2 Impulse weniger .benötigt werden, wird durch die Vorwahleinheit schließlich eine Impulszahl von 23 vorgewählt, nach der der Zähler dem Schalter ein Abschaltkommando gibt. ^j

Obwohl die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert wurde, bei dem das dem Logarithmus der Dosis proportionale Signal quantisiert wird, ergeben sich die entsprechenden Vorteile auch ohne Quantisierung, da auch bei einem derartigen Belichtungsautomaten verhältnismäßig wenig verschiedene Abschaltspannungen erforderlich sind.

Patentansprüche:

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Claims (6)

1. Patentansprüche:

   Röntgenbelichtungsautomat mit einem zwischen dem aufzunehmenden Objekt und dem Film angeordneten Strahlendetektor, der ein der Dosis hinter dem Objekt proportionales Signal erzeugt, und einer Abschalteinrichtung, die von dem dosisabhängigen Signal gesteuert wird und die die Aufnahme beendet, sobald eine vorgebbare Dosis (Abschaltdosis) bzw. eine vorgebbare Signalamplitude (Abschaltamplitude) erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (3, 4) zur Bildung des Logarithmus des der Dosis (D) proportionalen Signals vorgesehen ist, die oberhalb einer bestimmten Bezugsdosis (D₀) ein dem Logarithmus der Dosis (log D/Dq) proportionales Signal (u₂) bildet und damit die Abschalteinrichtung steuert.
2. 2. Röntgenbelichtungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsdosis (Dq) kleiner - vorzugsweise etwa 10% D₀ - ist als die kleinste erforderliche Abschaltdosis.
3. 3. Röntgenbelichtungsautomat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung £>, 6, 7, 8, 9) zur Quantisierung des dem Logarithmus der Dosis proportionalen Signals (u^), die eine der Amplitude dieses Signals proportionale Anzahl von Impulsen erzeugt.
4. 4. Röntgenbelichtungsautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Impulse kleiner ist als der kleinste, bei maximaler Dosisleistung zu erwartende zeitliche Abstand zweier Impulse.
5. 5. Röntgenbelichtungsautomat nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Logarithmus

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   der Dosis proportionale Signal (u.) über die Serienschaltung eines Kondensators (6) und eines Widerstandes (5) dem Eingang eines Schwellwertschalters (9) zugeführt wird, der oberhalb eines einstellbaren Schwellwertes (u_) einen Impuls bestimmter Dauer liefert, der einen Transistor (7) leitend macht, über den sich der Kondensator (6) auf den Momentanwert des Signals (u^) auflädt.
6. 6. Röntgenbelichtungsautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse (u,) einem Zähler (10) zugeführt werden, der bei Erreichen einer mittels einer ^ Vorwahleinheit (11) einstellbaren Impulszahl einen ™

   Schalter zur Beendigung der Aufnahme wirksam macht.

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