-
Die Erfindung betrifft eine Röntgenabbildungsanordnung mit einer
Röntgenbildverstärkerröhre, mit einem Eintrittsschirm und einem Austrittsschirm zum
Umsetzen eines auf den Eintrittsschirm zu projizierenden Röntgenbildes in ein zu
detektierendes optisches Bild am Austrittsschirm, mit einer
Fernsehaufnahmeeinrichtung, die mit dem Austrittsschirm zum Umsetzen eines
optischen Bildes des Austrittsschirms in ein Videosignal zur periodischen Formung eines
Bildes zusammenarbeitet, wobei der Austrittsschirm eine Impulsbeantwortung aufweist,
die von einem Zeitpunkt t&sub0; abklingt, und daß die Fernsehaufhahmeeinrichtung daraus in
einem Zeitintervall T mit einem Startzeitpunkt t&sub1; ≥ t&sub0; und mit einer Dauer von
wenigstens einer Bildzeit des Videosignals ein Videosignal formen kann, das durch das
momentane optische Bild des Austrittsschirms bestimmt wird.
-
Eine Röntgenabbildungsanordnung dieser Art ist aus US-A 3 996 420
bekannt. Diese Patentschrift gibt eine Beschreibung einer Röntgenabbildungsanordnung,
in der ein Röntgenbündel eine Röntgenbildverstärkerröhre erreicht, nachdem es ein zu
untersuchendes Objekt angestrahlt hat. An der Anode oder am Ausgangsschirm der
Röntgenbildverstärkerröhre wird ein Bild mit verstärkter Helligkeit des Röntgenbildes
geformt. Das Lichtbündel mit dem Bild erreicht einen Eintrittsschirm einer
Fernsehaufnahmerröhre, die das Lichtbündel in ein Videosignal umwandelt, das an
einem Fernsehmonitor wiedergegeben werden kann. Das Bild am Monitor wird auf
einem photoempfindlichen Material abgebildet, in dem sich eine Anzahl von
Videobildern ansammelt. In der Fernsehschaltung wird ein Verstärker mit gesteuerter
Verstärkung zum Aufrechterhalten der Helligkeit des Bildes am Monitor über eine
Anzahl von Abbildungsabtastzyklen verwendet.
-
In US-A-4 220 890 wird eine Röntgenabbildungsanordnung beschrieben,
in der das Röntgenbündel einen Eintrittsschirm einer Röntgenbildverstärkerröhre nach
dem Anstrahlen eines zu untersuchenden Objekts erreicht. Der Eintrittsschirm enthält
eine Leuchtstoffschicht, vorzugsweise aus CsI, und eine Photokathode. In der
Leuchtstoffschicht werden Röntgenstrahlen in Lichtquanten umgewandelt, die
Elektronen in der Photokathode auslösen. In der Röntgenbildverstärkerröhre werden die
Elektronen beschleunigt und auf einen Austrittsschirm fokussiert, der einen
Leuchtschirm enthält, wobei das Elektronenbild in ein bildtragendes Lichtbündel
umgesetzt wird. Durch einen halbtransparenten Spiegel wird das Licht auf einen
photographischen Film und auf eine Fernsehaufnahmeröhre projiziert.
-
Beim ununterbrochenen Bildaufnehmen, d.h. im sog. Fluoroskopbetrieb
der Anordnung wird das zu untersuchende Objekt unter Verwendung einer
verhältnismaßig niedrigen Röntgenintensität angestrahlt, beispielsweise mit 1 bis 2 uR je
Halbbildperiode. Wenn eine einzige Belichtung gemacht wird, d.h. im sog.
Belichtungsbetrieb, wird eine verhältnismäßig hohe Strahlungsintensität verwendet, um
einen großen Signal/Rauschabstand zu erhalten, beispielsweise von 50 bis 70 uR. Zum
Verhindern des Überbelichtens der Fernsehaufnahmeröhre im Belichtungsbetrieb muß
eine steuerbare Blende zwischen dem Austrittsschirm der Röntgenbildverstärkerröhre
und dem Eintrittsschirm der Fernsehaufnahmeröhre angeordnet werden. Da in der in
US-A-4 220 890 beschriebenen Anordnung der Anfang und die Dauer der Belichtung
zur Synchronisation der Röntgenbildverstärkerröhre im Belichtungsbetrieb nicht
zueinander in Beziehung stehen, ist eine komplexe Schnittstelle zum Steuern der
Ablesung von Bildinformation erforderlich, die sich am Eintrittsschirm der
Aufnahmeröhre nach Beendung der Belichtung angesammelt hat. Da Bildaufzeichnung
am Austrittsschirm der Fernsehaufnahmeröhre und das Ablesen der am Eintrittsschirm
angesammelten Bildinformation (mit der Wiedergabe der Bildinformation am
Fernsehmonitor synchronisiert) nicht synchronisiert werden, macht sich die Verwendung
beispielsweise einer Vidicon-Fernsehaufnahmeröhre mit einem ausgetasteten
Abtastbündel erforderlich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Röntgenabbildungsanordnung zu schaffen, in der eine Lichtstärke des Austrittsschirms
der Röntgenbildverstärkerröhre in einem dynamischen Bereich der
Fernsehaufnahmeeinrichtung liegt, ohne daß dabei sich eine steuerbare Blende
erforderlich macht, und in der die beschriebenen Probleme hinsichtlich der
Synchronisierung der Bildaufnahmewiedergabe beseitigt werden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Röntgenabbildungsanordnung der
eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang der
Fernsehaufnahmeeinrichtung mit einem Eingang eines Komparators gekoppelt ist, von
dem ein Ausgang mit einer Synchronisationseinrichtung zum Bestimmen des
Startzeitpunkts t&sub1; in einer Zeit gekoppelt wird, wenn die Amplitude des Videosignals
höher ist als ein Bezugssignal, das eine Bezugsschaltung liefert, die mit einem zweiten
Eingang des Komparators gekoppelt ist. Durch die vom Austrittsschirm der
Röntgenbildverstärkerröhre ausgestrählte abklingende Stärke des Lichtbündels kann die
Fernsehaufnahmeeinrichtung den Signalteil reproduzieren, der sich in seinem
dynamischen Bereich befindet, ohne daß dabei eine Blende oder die Filterung des
Lichtbündels erforderlich ist.
-
Wenn ein Röntgenbündel in ein bildtragendes Lichtbündel umgesetzt wird,
wird ein Rauschsignal erzeugt, das den Kontrast in einem Röntgenbild reduziert. Das
Einfangen von Elektronen im Leuchtstoff des Austrittsschirms der
Röntgenbildverstärkerröhre, so daß Licht ausgestrahlt wird, wird von Quantumrauschen
begleitet. Durch die Verwendung eines verhältnismäßig langsamen Leuchtstoffs oder
einer verhältnismäßig schnellen Fernsehaufnahmeeinrichtung kann ein Bildfeld
viederholt gelesen werden, insbesondere im Durchleuchtungsbetrieb bei konstantem
Röntgeninhalt des Austrittsschirms, und Integration des Quantumrauschens kann durch
Kombination der Bilder erfolgen. Also wird ein Signal/Rauschabstand verbessert.
-
Aus der amerikanischen Patentschrift US-A-4 017 679 ist eine
Röntgenabbildungsanordnung mit einem Durchleuchtungsbetrieb und einem
Belichtungsbetrieb bekannt. In dieser Patentschrift wird eine
Synchronisationseinrichtung beschrieben, die Bildaufname, Bildspeicherung in einer
Bildspeichereinrichtung und Bildwiedergabe im Belichtungsbetrieb synchronisiert, so
daß das wiedergegebene Bild keine Bewegungsunschärfe und Flimmereffekte aufweist.
Jedoch sind in dieser Patentschrift keine Einzelheiten hinsichtlich des Aufbaus des
Bildverstärkers oder der Art der Fernsehauftiahmeröhre gegeben.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Röntgenabbildungsanordnung
nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung eine
Festkörperbildwandlerkamera enthält.
-
Ein Bild des Austrittsschirms der Röntgenbildverstärkerröhre bleibt am
Eintrittsschirm der Fernsehaufnahmeeinrichtung zurück, beispielsweise in Form einer
Ladungsverteilung. In einer Fernsehaufhahmeröhre kann die Ladungsverteilung in einem
Zeilenmuster gelesen werden, das aus zwei Bildfelder besteht, die zueinander in einer
vertikalen Richtung verschoben sind. In einer Halbbildperiode wird ein Bildfeld
abgetastet. Wenn die Bildfelder gelesen sind, wird die Ladungsverteilung gelöscht und
kann eine einem folgenden Bild zugeordneten Ladungsverteilung aufgebaut werden. In
einer Festkörperbildwandlerkamera kann nur ein Bildfeld mit Bildinformation am
Eintrittsschirm gesammelt werden. Dieses Bildfeld kann gelesen werden, wonach ein
zweites Informationsfeld angesammelt werden kann. Für geeignete Formung eines
Fernsehbildes sind zwei Bildfelder erforderlich. Jedoch wenn eine erforderliche
Zeitdauer zum Aufbilden einer Ladung in einer Festkörperbildwandlerkamera im
Vergleich zum Nachleuchten des Austrittsschirms der Röntgenbildverstärkerröhre lange
genug ist, kann für die Formung des zweiten Bildfeldes eine zweite Ladungsverteilung
desselben Bildes nicht aufgebaut werden (da die Stärke des optischen Bildes bereits zu
weit abgefallen ist), so daß geeignete Bildformung mit einer hohen Auflösung schwierig
ist. Durch die Verwendung eines langsamen Leuchtstoffs im Austrittsschirm der
Röntgenbildverstärkerröhre im Verknüpfung mit einer Festkörperbildwandlerkamera
kann eine Anzahl von Bildfeldern in der Nachleuchtzeit des Austrittsschirms
reproduziert werden, wodurch geeignetes Bildformen möglich wird. Hierdurch ist es
nicht notwendig, beispielsweise zwei Strahlungsimpulse zum geeigneten Bildformen
mittels einer Festkörperbildwandlerkamera anzulegen, so daß die Strahlungsdosis
begrenzt wird.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer Röntgenabbildungsanordnung nach der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenabbildungsanordnung einen
Vervielfacher enthält, der das Videosignal zu einem Zeitpunkt t im Zeitintervall T durch
die Umkehrung der Impulsbeantwortung des Austrittsschirms zum Zeitpunkt t
multipliziert.
-
Für flimmerfreies Wiedergeben an einem Fernsehmonitor im
Belichtungsbetrieb ist es erwünscht, daß zwei Bildfelder, die zusammen ein Bild
darstellen, denselben Helligkeitspegel besitzen. Wenn eine Anzahl von Bildfeldern zum
Integrieren des Quantumrauschens summiert werden, ist es vorteilhaft, wenn diese
Felder auch denselben Helligkeitspegel besitzen. Durch Ausnutzung der Bekanntschaft
der Nachleuchtkurve des Leuchtstoffs im Austrittsschirm der Röntgenbildverstärkerröhre
kann der Unterschied des Helligkeitspegels durch Multiplizieren der Bildfelder mit Hilfe
des umgekehrten Werts der Nachleuchtkurve ausgeglichen werden. Wenn der Teil der
Impulsbeantwortung am Austrittsschirm, der der Nachleuchtkurve entspricht, durch die
Funktion g(t) beschrieben und ein erstes Bildfeld zu einem Zeitpunkt t&sub3; gelesen wird,
gleicht die Multiplizierung mit g(t&sub3;)/g(t) die Helligkeit eines gelesenen Feldes zu einem
Zeitpunkt t an die Helligkeit des zum Zeitpunkt t&sub3; gelesenen Feldes an.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Röntgenabbildungsanordnung nach
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenabbildungsanordnung einen
ersten Anordnungsbetrieb für ununterbrochenes Bildaufnehmen, einen zweiten
Anordnungsbetrieb zum unterbrochenen Aufnehmen, einen Fernsehmonitor und einen
Bildspeicher enthält und weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß die Bezugsschaltung
zum Erzeugen eines Bezugssignals angeordnet ist, das vom Anordnungsbetrieb abhängig
ist, und daß der Komparator zum Aktivieren der Synchronisationseinrichtung bei
gleichen Eingangssignalen angeschlossen ist, und diese Synchronisationseinrichtung zum
Synchronisieren eines Videogatters wenigstens in einer Bildperiode und der Speicherung
des Videosignals im Bildspeicher mit einer Periode gleich der halben Bildperiode
verbunden ist, wobei das Bezugssignal höchstens gleich dem Videosignal ist, das durch
eine Höchstbildstärke des Austrittsschirms bestimmt wird, die mit der
Fernsehaufnahmeeinrichtung reproduziert werden kann.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Röntgenabbildungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsschirm eine
Leuchtstoffschicht mit einem Mischleuchtstoff mit Zn&sub2;SiO&sub4; (MnAs) und Zn&sub2;SiO&sub4; (Mn)
in einem Mischverhältnis von etwa 2 zu 1 enthält.
-
Eine Ladungsverschiebekamera ist eine verhältnismäßig schnelle
Fernsehaufnahmeeinrichtung, so daß das Bildnacheilen des Austrittsschirms der
Röntgenbildverstärkerröhre das Bildnacheilen der Bildverstärker/Fernsehkombination
bestimmt. Das Bildnacheilen des Mischleuchtstoffs ist derart, daß das Bildnacheilen der
Bildverstärker/Fernsehkombination ungefähr gleich dem Bildnacheilen einer
Röntgenbildverstärkerröhre mit einem verhältnismäßig schnellen Leuchtstoff in
Kombination mit einer herkömmlichen Fernsehaufhahmeröhre ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
-
Fig. 1 schematisch eine Röntgenabbildungsanordnung,
-
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung einer Bildverarbeitungseintrichtung, und
-
Fig. 3 die Impulsbeantwortung einer herkömmlichen
Fernsehaufnahmeröhre und einiger Leuchtstoffe.
-
In Fig. 1 ist eine Röntgenquelle 1 dargestellt, die ein zu untersuchendes
Objekt 3 mit einem Z-Strahlenbündel 5 anstzahlt. Ein bildtragendes Röntgenbündel 6
erreicht vorzugsweise über ein Streugitter 7 einen Eintrittsschirm 8 einer
Röntgenbildverstärkerröhre 10. In einer Schicht aus Szintillationsmaterial des
Eintrittsschirms werden Röntgenquanten in Lichtquanten umgewandelt, wodurch in einer
Photokathode Elektroden freigesetzt werden. Ein bildtragendes Elektronenbündel 12
wird an einem Austrittsschirm 15 mit einer Leuchtstoffschicht 16 mittels einer
elektronenoptischen Anordnung 14 abgebildet. In der Leuchtstoffschicht 16 wird ein
Elektronenbild in ein bildtragendes Lichtbündel 18 umgesetzt. In diesem Fall wird das
Lichtbündel 18 in einer Filmkamera und an einem Eintrittsschirm 25 einer
Fernsehaufnahmeröhre 26 mittels einer optischen Einrichtung 20 und eines
halbtransparenten Spiegels 22 abgebildet. Die Fernsehaufnahmeröhre 26 setzt das
optische Bild in ein Videosignal um, das einem Bildspeicher 30 oder einem Monitor 28
über eine Bildverarbeitungseinheit 29 angeboten werden kann.
-
In Fig. 2 ist schematisch eine Röntgenabbildungsanordnung dargestellt,
von der eine Bildverarbeitungseinheit 29 mit weiteren Einzelheiten angegeben ist. Der
Eintrittsschirm der Fernsehaufnahmeeinrichtung 26 wird durch eine
Ladungsverschiebematrix 27 gebildet. Der Eingang einer Bezugsschaltung 32 empfängt
Steuersignale, die vom Anordnungsbetrieb abhängig sind. Die Bezugsschaltung 32
liefert ein Bezugssignal, das unter Verwendung eines Komparators 34 mit einem
Videosignal verglichen wird, das in einem Verstärker 33 multipliziert wird. Im
Belichtungsbetrieb wird das Videosignal mit g(t&sub3;)/g(t) von einem Zeitpunkt t&sub3; in einem
Vervielfacher multipliziert, der einen PROM-Speicher 35 enthält, der mit der
Nachleuchtkurve des Leuchtstoffs am Austrittsschirm 15 der Röntgenbildverstärkerröhre
programmiert ist, und ebenfalls einen Verstärker 39 enthält. Das von der
Bezugsschaltüng gelieferte Bezugssignal entspricht einer oberen Begrenzung des
dynamischen Bereichs der Festkörperbildwandlerkamera 26 im Belichtungsbetrieb.
Wenn beide Eingangssignale des Komparators 34 hoch sind, aktiviert der Komparator
eine Synchronisationseinrichtung 36. Vom Anfang einer folgenden Halbbildperiode
synchronisiert die Synchronisationseinrichtung das Videogatter 37 und die Speicherung
des Videosignals im Bildspeicher 38 mit einer Periode gleich der Hälfte der
Bildperiode. Das Röntgenbild kann aus dem Bildspeicher 38 zur Wiedergabe an einem
Monitor 28 bezogen werden.
-
Eine Kurve a in Fig. 3 stellt die Impulsbeantwortung einer herkömmlichen
Fernsehaufhahmeröhre dar, in diesem Fal betrifft es eine "Newvicon tube". In zwei
Bildperioden (40 ms) fällt die Kurve a auf etwa 27% des Werts zum Zeitpunkt t=0 ab.
Die Kurven b und c stellen die Impulsbeantwortung eines Austrittsschirms einer
Röntgenbildverstärkerröhre mit einem Leuchtschirm dar, der Zn&sub2;SiO&sub4; (MnAs) bzw.
Zn&sub2;SiO&sub4; (Mn) enthält. Durch Vermischen der Leuchtstoffe Zn&sub2;SiO&sub4;(MnAs) und
Zn&sub2;SiO&sub4; (Mn) in einem Verhältnis von 2 zu 1, wird ein Misehleuchtstoff mit einer
Impulsbeantwortung erhalten, die sich im wesentlichen in Übereinstimmung mit der
Kurve a für die Dauer wenigstens einer Bildperiode erstreckt.