DE2062633B2

DE2062633B2 - Röntgenbelichtungsautomat

Info

Publication number: DE2062633B2
Application number: DE2062633A
Authority: DE
Inventors: Kurt 2000 Hamburg Westerkowsky
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1970-12-18
Filing date: 1970-12-18
Publication date: 1980-08-07
Also published as: NL7117034A; FR2118754A5; JPS5320834B1; DE2062633A1; GB1370926A; US3792267A; DE2062633C3

Description

bO

Die Erfindung betrifft einen Röntgenbelichtungsautomaten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solcher Röntgenbelichtungsautomat ist aus der DE-AS 13 02 298 bekannt.

Bei Strahlendetektoren, die ein der Dosisleistung proportionales Ausgangssignal liefern, muß das Ausgangssignal integriert werden; bei einer Ionisationskammer, bei der ein der Dosisleistung proportionaler Ionisationsstrom erzeugt wird, ist zu diesem Zweck ein Kondensator vorgesehen, der vom lonisationsstrom 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 erforderliche Abschaltdosis haben die Eigenschaften der Film-Verstärkerfolien-Kombination. Die Abhängigkeit der Abschaltdosis von den Eigenschaften der Film-Folien-Kombination bringt mit sich, daß die Abschaltdosis bei Verwendung einer Film-Folien-Kombination mit geringer Verstärkung wesentlich mehr erhöht werden muß als die Abschaltdosis bei 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.

Die gleiche Auswirkung hat grundsätzlich auch die Abhängigkeit der Abschaltdosis von der Spannung an der Röntgenröhre, die zudem auch noch durch die Art des Strahlendetektors bestimmt wird. Zwar muß bei der Benutzung verschiedener Spannungen an der Röntgenröhre die Abschaltdosis zur Erzielung der gleichen Schwärz'ing 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.

Dies gilt auch für den Röntgenbelichtungsautomaten der aus der DE-AS 13 02 298 bekannten Art, der eine Schaltung zur Quantisierung des der Dosis entsprechenden Signals aufweist, die eine der Amplitude dieses Signals proportionale Anzahl von Impulsen erzeugt. Diese Quantisierungsschaltung weist darüber hinaus einen durch Transistoren gebildeten Schwellwertschalter auf, dem das der Dosis entsprechende Signal zugeführt wird und der oberhalb eines bestimmten Schwellwertes einen Impuls vorgegebener Dauer liefert und damit einen Transistor leitend macht, der einen Kondensator umlädt. Die Impulse werden einem Zähler zugeführt, der bei Erreichen einer mittels einer Vorwahleinheit einstellbaren Impulszahl einen Schalter zur Beendigung der Aufnahme wirksam macht.

Bei diesem bekannten Röntgenbelichtungsautomaten muß mithin der Betrag, um den das die Abschaliungseinrichtung steuernde Signal (sei es nun die Amplitude des analogen Signals oder die Impulszahl des quantisierten Signals) geändert werden, um eine bestimmte Änderung

der Filmschwärzung zu erreichen, abhängt von der Filmschwärzung der benutzten Film-Folien-Kombination und der verwendeten Spannung an der Röntgenröhre. Die Steuerung des Schalters zum Beenden der Aufnahme ist daher bei diesem Röntgenbelichtungsautomaten verhältnismäßig kompliziert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Röntgenbelichtungsautomaten der eingangs genannten Art so auszubilden, daß zur Änderung der Filmschwärzung um einen vorgebbaren Betrag das den Schalter zum Beenden der Aufnahme steuernde Signal nur um einen vorgebbaren, von der Filmschwärzung der benutzten Film-Folien-Kombination bzw. der Spannung an der Röntgenröhre praktisch unabhängigen Betrag geändert werden muß.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Es sind an sich in der Röntgentechnik Vorrichtungen bekannt, bei denen ebenfalls der Logarnhmus 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 proportions e Spannung, zu erzeugen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist in Anspruch 4 beschrieben. Mit der darin angegebenen Vorwahleinheit, in die die benutzte Film-Folien-Kombination, die Röhrenspannung und die vom Benutzer gewünschte mittlere Filmschwärzung eingebbar sind, ist es bei der eingegebenen Film-Folien-Kombination und bei der eingegebenen Röhrenspannung möglich. Aufnahmen mit der gewünschten mittleren Schwärzung herzustellen.

Zwar weist auch der Röntgenbelichtungsautomat nach der DE-AS 13 02 298 eine Quantisierungsschaltung zur Erzeugung einer der Dosis entsprechenden Anzahl ^o von Impulsen, eine Vorwahleinheit, durch die die während einer Aufnahme zu erzeugenden Impulszahl einstellbar ist, und einen Zähler auf, dessen Eingang die Impulse zugeführt werden und der bei Erreichen der eingestellten Impulszahl eine Schaltung zur Beendigung der Aufnahme wirksam macht, doch ist es für den Benutzer dieses Röntgenbelichtungsautomaten nur schwer möglich, eine definierte Filmschwärzung einzustellen. Dabei wird die während einer Aufnahme zu erzeugende Impulszahl nämlich direkt durch den Benutzer eingestellt, jedoch ist für den Benutzer nicht unmittelbar erkennbar, welche Filmschwärzung er mit der eingegebenen Impulszahl bei einer bestimmten Film-Folien-Kombination und einer bestimmten Röhrenspannung erreicht. Wenn beispielsweise der Benut- ^r>5 zer bei dem bekannten Gerät die Vorwahleinheit auf 20 Impulse einstellt, die bei einer Röhrenspannung von 9OkV bei einer bestimmten Film-Folien-Kombination eine mittlere Schwärzung von 1,0 ergeben, dann weiß der Benutzer nicht, ob er z. B. bei 21 Impulsen und einer t>o Röhrenspannung von 85 kV (bei der gleichen Film-Folien-Kombination) eine größere mittlere Schwärzung erhält oder nich'.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeic'inung näher erläutert. Es zeigt tr>

Fig. 1 die ScWärzungskurven für zwei verschiedene Film-Folien -Kombinationen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispieles eines Röntgenbelichtungsautomaten und die

F i g. 3a und 3b den zeitlichen Verlauf der Spannungen an den verschiedenen Baugruppen der Schaltung nach F i g. 2.

Fig. 1 zeigt die Schwärzungskurven I und II eines Filmes mit einer scharfzeichnenden Verstärkerfolie (I) und einer hochverstärkenden Verstärkerfolie (II). Die Schwärzungskurven stellen die Abhängigkeit der Schwärzung S 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 D dar; die Strahlendosis ist dabei im logarithmischen Maßstab aufgetragen. Der Verlauf der Schwärzutigskurven 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 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-Kombinationen (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 zwei verschiedenen Film-Folien-Kombinationen bzw. bei zwei verschiedenen Spannungen im gleichen Maße erhöht werden, wenn die Abschaltspannungen in beiden Fällen um den gleichen Betrag erhöht wurden,

Bei der Schaltung eines Röntgenbelichtungsautomaten nach F i g. 2 wird ein Kondensator 1 vom lonisationsstrom aufgeladen, der — gegebenenfalls nach Verstärkung — von einer 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 Belichtungsautomaten an sich nicht wichtig, sie wird nur zur Vereinfachung der Erklärung gemacht. Dann ist auch die Dosisleistung bzw. der von der Ionisationskammer gelieferte lonisationsstrom konstant, so daß die Spannung am Kondensator 1 linear mit der Zeit ansteigt (vergl. F i g. 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 Ve. stärker ergänzt wird. Logarithmische Verstärker sind bekannt, und auf dem Markt sind 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, 4 ist so vorgespannt, daß er erst oberhalb einer bestimmten Spannung am Kondensator 1 bzw. oberhalb einer bestimmten Dosis Do (vergl. F i g. 3a, Kurve D^den Logarithmus der Kondensatorspannung — bezogen auf diesen Bezugswert (D₀) — zu bilden beginnt. Die Spannung u\ am Ausgang des logarithmischen Verstärkers 3, 4 hat daher den in F i g. 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 Schwellwertschalters 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 ui 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 Transistors 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 des Kondensators 6 geeignet bemessen sind, kann sich der Kondensator 6 während der Dauer des von dem Schwellwertschalter 9 gelieferten Impulses auf die Schwellwertspannung u_s (vergl. F i g. 3a) aufladen. Nach Ende des Impulses vom Schwellwertschalter 9 folgt die Spannung am Eingang des Verstärkers 8 wiederum der Ausgangsspannung Ui, jedoch ist sie um den Betrag u_s niedriger. Sobald die Spannung iti wiederum den Schwellwert i/_s erreicht hat, lädt sich der Kondensator 6 auf die Spannung U\ auf, die dann den Wert 2 u_s hat. Danach folgt die Spannung ui wiederum der Spannung u\, ist jedoch um den Betrag 2 U₅ 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. Der Betrag der Schwärzungsänderung hängt von dem Schwellwert u_s 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 10%igen Schwärzungsänderung ein Impuls erzeugt wird. Ein geübter Beobachter kann nämlich eine 10°/oige Schwärzungsänderung gerade noch erkennen. Legt man die Spannung U₅ so, daß bei einem Film mit einem Gamma-Wert (Gamma ist die Steigung der Schwärzungskurve, 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 s Impulsen einen Dosisbereich DJD^ von 1 :160 überstreichen. Zur Erzielung des gleichen Ergebnisses mit einem Belichtungsautomaten, bei dem die Anzahl der erzeugten Impulse der Dosis proportional ist, würde man rund 1.650 Impulse benötigen, weil die Impulse zu

ίο Anfang relativ dicht beieinander 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 erfindungsgemäß ausgebildeten Belichtungsautomaten wesentlich einfacher ist.

Zweckmäßig wird die Dosis Da, 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 Do nur um etwa 10% niedriger sein als die erwähnte kleinste Abschaitdosis.

Die Impulse vom Ausgang des Schwellwertschalters 9 (vergl. F i g. 3b) werden der Zählschaltung 10 zugeführt, die nach einer vorwählbaren Impulszahl dem Schalter

jo zur Beendung der Aufnahme ein Kommando gibt. Die Vorwahl der Impulszahl, bei der abgeschaltet werden soll, erfolgt mittels einer Vorwahleinrichtung 11. Dieser Vorwahleinrichtung wird die benutzte- Film-Folien-Kombination, die Spannung an der 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 kann 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 Benutzer möchte diesen Film jedoch bei 100 kV Röntgenröhrenspannung und mil 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

w Zähler die Aufnahme zunächst nach 22 Impulsen beenden würde. Da jedoch eine Schwärzung von 1,3 gewünscht wird, müssen 3 zusätzliche Impulse gezähli werden, so daß der Zähler dann erst nach 25 Impulser abschalten würde. Da der Benutzer schließlich nicht mil 80 kV arbeitet, sondern 100 kV einstellt, wobei beispielsweise 2 Impulse weniger benötigt werden, wird durcl· die Vorwahleinheit schließlich eine Impulszahl von 21 vorgewählt, nach der der Zähler dem Schalter eir Abschaltkommando gibt

Die Erfindung ist zwar anhand eines Ausführungsbei spieles erläutert worden, bei dem das dem Logarithmu! der Dosis proportionale Signal quantisiert wird; die entsprechenden Vorteile ergeben sich aber auch ohnt Quantisierung, da auch bei einem derartigen Beiich tungsautomaten verhältnismäßig wenig verschieden« Abschaltspannungen erforderlich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 über das dosisproportionale Signal gesteuert wird und die die Aufnahme beendet, sobald eine einer vorgebbaren Abschaltdosis entsprechende vorgebbare Abschaltamplitude des Signals 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 ft> ein dem Logarithmus der Größe DZD₀ proportionales Signal (u\) bildet und damit die Abschalteinrichtung steuert.

2. Röntgenbelichtungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsdosis D₀ kleiner ist als die kleinste erforderliche Abschaltdosis.

3. Röntgenbelichtungsautomat nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einer einen Impulsformer aufweisenden Quantisierungsschaltung zur Erzeugung einer von der Dosis abhängigen Anzahl von Impulsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierungsschaltung (5 bis 9) der Vorrichtung (3,4) zur Bildung des Logarithmus nachgeschaltet ist.

4. Röntgenbilichtungsautomat nach Anspruch 3, mit einer Vorwahleinheit (II), durch die die zur jo Beendigung einer Aufnahme erforderliche Impulszahl einstellbar ist, und mit einem Zähler (10), dessen Eingang die Impulse (Ui) zugeführt werden, und der bei Erreichen der eingestellten Impulszahl einen Schalter zur Beendigung der Aufnahme wirksam macht, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vorwahleinheit die mittlere Filmschwärzung, die Spannung an der Röntgenröhre und die benutzte Film-Folien-Kombination eingebbar sind und daß die Vorwahleinheit (ti) aus den eingegebenen Werten die zur ·"> Beendigung der Aufnahme erforderliche Impulszahl bildet.

5. Röntgenbelichtungsautomat nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dessen Quantifizierungsschaltung einen Schwellenwertschalter aufweist, dessen *5 Eingang das der Dosis proportionale Signal zugeführt wird, der oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes einen Impuls bestimmter Dauer liefert, der einen Transistor leitend macht, der seinerseits einen Kondensator umlädt, dadurch v> gekennzeichnet, daß dem Schwellenwertschalter (9) das dem Logarithmus der Größe D/Do proportionale Signal (u\) über die Serienschaltung des Kondensators (6) und eines Widerstandes (5) zugeführt wird, daß der Schwellenwert einstellbar ist und daß der ^r>^r> Transistor (7) in seinem leitenden Zustand den Kondensator (6) auf den Momentanwert des Signals (u\) auflädt.