DE69617828T2

DE69617828T2 - Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69617828T2
Application number: DE69617828T
Authority: DE
Inventors: Christopher John Morcom
Original assignee: Marconi Applied Technologies Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2016-07-13
Also published as: DE69617828T3; DE69617828D1; JPH09133772A; RU2153233C2; EP0757474B1; GB9515762D0; US5694448A; EP0757474B2; JP4111559B2; EP0757474A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung und insbesondere Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtungen, die strahlungsempfindliche Detektorelemente umfassen.
Es ist vorgeschlagen worden, CCDs und andere Typen von Festkörperdetektoren für zahnmedizinische oder andere medizinische Anwendungen unter Verwendung von Röntgenstrahlung zu verwenden, um Körpermerkmale eines Patienten zu untersuchen. Die CCD-Vorrichtung ersetzt den Film, der bei früheren Systemen verwendet wurde, und ermöglicht eine Echtzeitabbildung, die zusammen mit einer besser kontrollierten niedrigeren Dosis von Röntgenstrahlen für eine gegebene Exposition erreicht werden kann.
Bei einer bekannten Anordnung wird eine CCD-Vorrichtung intraoral (innerhalb der Mundhöhle) verwendet, die elektrisch mit einer Röntgenquelle verbunden ist. Wenn die Röntgenquelle erregt wird, wird ein Startsignal entlang des verbindenden Drahtes an die CCD-Vorrichtung und ihre Steuerschaltung übertragen, um eine Bilderfassung und ein Auslesen zu beginnen. Bei anderen Anordnungen besitzen die Röntgenquelle und die CCD-Vorrichtung keine physikalische Verbindung. Ein ergänzender Sensor ist in der Nähe des Bilderzeugungsbereiches des CCDs angeordnet, um den Beginn des Einfalls der Röntgenstrahlenenergie zu detektieren. Bei Detektion der einfallenden Röntgenstrahlenenergie sendet der Sensor ein Signal an die CCD-Steuerschaltung, um den Beginn einer Bilderzeugung zu veranlassen.
Bei einer anderen Anordnung wird die CCD-Vorrichtung vor einer Bestrahlung durch Röntgenstrahlung kontinuierlich ausgelesen. Ein von der CCD abgeleitetes Signal wird mit einem Referenzpegel verglichen. Wenn dieses den Referenzpegel überschreitet, wird die Bilderfassungsphase des CCD-Betriebes eingeleitet.
Die WO 93/23952 beschreibt einen CCD-Sensor zur zahnmedizinischen Röntgenbestrahlung, bei der ein Dunkelstromoffset variiert wird, um eine Bilderzeugungsempindlichkeit zu optimieren.
Die vorliegende Erfindung versucht, eine verbesserte Bilderzeugungsvorrichtung vorzusehen, die insbesondere zur zahnmedizinischen Röntgendiagnose vorteilhaft verwendet wird, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung intraoral angeordnet wird, wobei es aber auch vorstellbar ist, daß diese bei anderen medizinischen oder diagnostischen Anwendungen und auch vorteilhafterweise für nichtmedizinische Anwendungen verwendet werden könnte.
Erfindungsgemäß ist eine Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen, die umfaßt: eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung mit strahlungsempfindlichen Detektorelementen; ein Mittel zur Ausführung einer Schwellenüberprüfung; ein Mittel zur Variation einer Schwellenbedingung der Schwellenüberprüfung gemäß Änderungen der Umgebungsbedingungen; und ein Mittel zur Einleitung einer Bilderfassung durch die Bilderzeugungsvorrichtung, wenn die Schwellenüberprüfung zufriedenstellend ist.
Festkörpervorrichtungen, wie beispielsweise CCDs, besitzen den Nachteil der Erzeugung eines thermisch bewirkten Signals, das als Dunkelstrom bekannt ist. Während einer Warteperiode in beispielsweise einem Röntgenstrahlensystem vor einer Röntgenstrahlenexposition erzeugt die Bilderzeugungsvorrichtung einen Dunkelstrom, der die Signalbehandlungskapazität der Vorrichtung verwendet und diese Kapazität schließlich sogar vollständig füllen kann, wodurch kein Raum für Signalinformation belassen wird. Daher muß bei Beginn der Röntgenbestrahlung die Ladung von der Vorrichtung beseitigt werden, die diese infolge von Rauschen hält, um zu ermöglichen, daß eine Bilderfassung eingeleitet werden kann.
Der Dunkelstrom verdoppelt sich annähernd alle 7ºC in Siliziumvorrichtungen, und bei zahnmedizinischem Gebrauch können CCDs mit einer Betriebstemperatur von bis zu 40ºC verwendet werden. Bei der früher bekannten Anordnung, bei der der Signalausgang mit einem Referenzpegel verglichen wird, ist es daher erforderlich, diese Referenz auf einen relativ hohen Pegel festzulegen, um zuzulassen, daß Signale aus einem Dunkelstrom bei 40ºC und anderen Rauschmerkmalen entstehen können. Dies ist signifikant durch den exponentiellen Anstieg des Dunkelstromes mit der Temperatur gegeben. Wenn die Referenz zu niedrig eingestellt ist, kann ein falsches Auslösesignal eine fehlerhafte Abbildung bewirken und erfordern, daß der Patient einer wiederholten Exposition ausgesetzt werden muß.
Durch Verwendung der Erfindung wird eine Schwellenüberprüfung verwendet, die kontinuierlich variiert werden kann, um Änderungen der Umgebungsbedingungen anzupassen. Daher muß der Schwellenpegel anfänglich nicht auf einen hohen Pegel eingestellt werden, sofern dies die Umgebungsbedingungen nicht erfordern. Unmittelbar vor einer bestimmten Röntgenstrahlenexposition kann die CCD eine Temperatur von beispielsweise nur 20ºC und nicht 40ºC ausgesetzt werden, die nach einiger Zeit oder überhaupt nicht auftritt, obwohl diese Temperatur theoretisch erzielt werden könnte. Da der Pegel für die bestimmten Bedingungen, die auftreten können, auf den erforderlichen Pegel minimiert ist, wird der Beginn der Röntgenstrahlung schneller und zuverlässiger bestimmt, als bei früher bekannten Systemen. Daher ist auch die Dosis der Röntgenstrahlung, der der Patient ausgesetzt ist, minimiert, da die Bilderfassung näher an dem Beginn des Röntgenstrahlenimpulses gestartet wird. Ein schneller Wechsel des Signals, das von den Detektorelementen abgeleitet wird, gibt den Beginn der Strahlung, die abgebildet werden soll, an und hat zur Folge, daß eine Bilderfassung beginnt. Das Signal kann direkt von den Detektorelementen abgeleitet werden oder kann zuerst vorbehandelt werden.
Die Erfindung wird besonders vorteilhaft für die Röntgenbestrahlung von Patienten für zahnmedizinische und andere medizinische Verwendungen, wie beispielsweise Mammographie, verwendet, da sie ermöglicht, daß Röntgenstrahlendosen auf das minimale erforderliche Niveau verringert werden können. Dies erfüllt strenge Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen dadurch, daß eine unnötige Röntgenstrahlenexposition vermieden wird, die bei der Erzeugung eines Bildes nicht verwendet wird, ohne daß die Gefahr eines fehlerhaften Bildes mit der Notwendigkeit, das Verfahren zu wiederholen, erhöht wird.
Obwohl die Erfindung aufgrund der Temperaturbeschränkungen für zahnmedizinische Anwendungen besonders nützlich ist, können auch andere medizinische Anwendungen ihren Vorteil daraus ziehen. Auch kann die Erfindung beispielsweise bei Bilderzeugungsanordnungen ohne Röntgenstrahlen verwendet werden, wie beispielsweise, wenn optische Strahlung überwacht wird, oder für andere Typen von Hochenergiestrahlung.
Die Änderung der Schwellenbedingung tritt in den meisten Fällen aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur auf Jedoch kann bei einigen Anwendungen die Hintergrundbeleuchtung der Umgebung überwacht und die Schwelle demgemäß variiert werden. Ein weiterer Nutzen der Erfindung besteht darin, daß die Schwelle auch so geändert werden kann, um die Erhöhung des Dunkelstromes zu berücksichtigen, der bei Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtungen auftritt, wenn diese einer ionisierenden Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlen, ausgesetzt sind.
Bei einer bestimmten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Mittel zur Variation der Schwellenbedingung bei Änderungen der Umgebungsbedingungen, daß ein Signal, das von den Detektorelementen abgeleitet wird, mit einem Schwellenpegel verglichen wird und der Schwellenpegel gemäß der Änderungen des detektierten Signales geändert wird. Bei einer anderen Anordnung wird ein Signal, das von den Detektorelementen abgeleitet wird, mit einem vorher abgeleiteten Signal verglichen, um über ein bekanntes kurzes Zeitintervall eine Differenz zu erzeugen, und die Differenz wird mit einem eingestellten Schwellenpegel verglichen. Obwohl in diesem Fall der Schwellenpegel auf einen fixierten Wert eingestellt ist, wird der Vergleich zur Bestimmung der Differenz zwischen der früheren und gegenwärtigen Signalen dazu verwendet, Änderungen der Temperatur und daher Änderungen der Schwellenbedingung zu kompensieren.
Nachfolgend werden einige Wege, wie die Erfindung ausgeführt werden kann, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 schematisch eine Röntgen-Bilderzeugungsanordnung für intraoralen dentalen Gebrauch zeigt;
Fig. 2 schematisch einen detaillierterer Teil der in Fig. 1 bezeichneten Anordnung zeigt;
Fig. 3 ein beispielhaftes Diagramm betreffend den Betrieb der Anordnung von Fig. 1 ist;
Fig. 4 ein Teil einer alternativen Anordnung gemäß der Erfindung zeigt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Röntgenquelle 1 so angeordnet, um einen Zahn oder ein anderes Objekt 2, das abgebildet werden soll, zu bestrahlen, hinter dem eine CCD-Sensorvorrichtung 3 angeordnet ist. Die CCD- Vorrichtung 3 umfaßt ein Array strahlungsempfindlicher Detektorelemente, die Ladung abhängig von der Intensität der darauf einfallenden Strahlung sammeln. Durch Anlegen von Steuersignalen von einer Steuereinheit 4 kann die gesammelte Ladung von den Sensorelementen zu gewählten Zeitpunkten getaktet werden, um ein Signal 5 auf einer Ausgangsleitung 5 zu erzeugen, das das Strahlungsmuster, das auf den Detektor 3 einfällt, darstellt. Bei Abwesenheit von Strahlung ist das Signal 3 im wesentlichen auf Dunkelstrom und anderes Rauschen zurückzuführen.
Das Signal 5 wird an eine Signalverarbeitungsschaltung 6 und an einen Komparator 7 angelegt. Der Komparator 7 führt eine Vergleichsüberprüfung aus, um zu bestimmen, ob eine schnelle Änderung der Größe des Signals stattgefunden hat, die angibt, daß die Röntgenquelle 1 angeschaltet worden ist. Wenn dies stattfindet, wird ein Startsignal entlang einer Ausgangsleitung 8 an die Steuereinheit 4 übertragen, um eine Bilderfassung durch die Vorrichtung 3 zu beginnen. Vor der Bestrahlung mit der Röntgenquelle legt die Steuereinheit 4 Potentiale an die CCD-Elektroden an, um die Ladung, die sich an den Sensorelementen ansammelt, auf Leitung 5 kontinuierlich auszutakten. Der Komparator 7 ist auch so geschaltet, um ein Signal an den Signalprozessor 6 anzulegen und zu ermöglichen, daß dieser die Signalinformation zur Bildverarbeitung aufnimmt, wenn die Überprüfung angibt, daß die Röntgenquelle das Objekt 2 bestrahlt.
Fig. 2 zeigt einen Teil des Signalprozessors 6 detaillierter. Das Signal S auf Leitung 5 wird zunächst an einen Tiefpaßfilter 9 mit einer langen Zeitkonstante angelegt. Dies beseitigt jegliche kurzzeitigen Fluktuationen von dem Signal einschließlich der Wirkung des Röntgenstrahlenimpulses, und sieht ein Signal vor, das die Langzeitmittelung des Signals S verfolgt, wenn sich die Umgebungsbedingungen ändern.
Ein positiver Offset (Vo) wird anschließend an das tiefpaßgefilterte Signal durch eine Offsetschaltung 10 angelegt, um ein Referenzsignal zu erzeugen, das anschließend an den Komparator 7 geführt wird.
Unter normalen Bedingungen ist der Ausgang des Komparators 7 infolge der Offsetspannung Vo low. Wenn jedoch ein Röntgenstrahlenimpuls angelegt wird, steigt das Signal 5 schnell an. Die Wirkung des Tiefpassiilters 9 verhindert, daß das Referenzsignal schnell ansteigt, und daher schaltet der Ausgang des Komparators auf "high", was angibt, daß die Bilderfassung beginnen soll.
Der Komparator 7 fährt mit dem Empfang eines Signals auf Leitung 5 während der Bilderfassung fort und detektiert auch, wenn die Röntgenquelle am Ende der Bestrahlungsperiode ausgeschaltet wird.
Fig. 3 ist ein beispielhaftes Diagramm, das den Betrieb der Anordnung von Fig. 1 zeigt. Die Zeitkonstante des Filters 9 ist so gewählt, daß sie erheblich größer ist, als die Dauer Tx der übertragenen Röntgenstrahlenimpulse.
Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung, die dazu verwendet wird, einen kontinuierlich variablen Schwellenpegel zu erzeugen, der anstelle des Komparators 7 von Fig. 1 verwendet werden kann. Bei dieser Anordnung wird das Signal S auf Leitung 5, das von dem CCD-Ausgang abgeleitet wird, an ein Speichermittel 12 mit zwei Abschnitten 12a und 12b angelegt. Die gegenwärtige Signalgröße wird in Teil 12a des Speichers gespeichert, und der vorherige Wert wird nach Teil 12b verschoben. Bei 13 werden zwei Signalgrößen voneinander subtrahiert, um eine Differenz zu erzeugen, die die Änderung der Größe des Signals über die Zeit zwischen den beiden Werten zeigt. Diese wird bei Komparator 14 mit einem fixierten Schwellenwert T verglichen: Der Pegel T wird auf einen Wert eingestellt, der größer ist, als für Änderungen zwischen den beiden Signalwerten ausschließlich infolge von thermischen Wirkungen und anderen Änderungen der Umgebungsbedingungen erwartet wird, aber erheblich kleiner ist, als eine Änderung, die bei dem Beginn der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen auftreten würde. Der Ausgang des Komparators 14 wird an die Steuereinheit 4 angelegt, um eine Bilderfassung zu beginnen, wenn der Beginn der Röntgenbestrahlung detektiert wird. In diesem Fall wird daher, obwohl der Schwellenwert T fixiert ist, das Signal, das mit diesem verglichen wird, kontinuierlich gemäß den Änderungen infolge von thermischen Wirkungen und anderen Rauschbetrachtungen geändert, und somit sind die Bedingungen der Schwellenüberprüfung bei Änderungen der Umgebungsbedingungen variabel.

Claims

1. Bilderzeugungsvorrichtung mit:

einer Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung (3), die strahlungsempfindliche Detektorelemente umfaßt;

einem Mittel (4, 8) zur Ausführung einer Schwellenüberprüfung;

einem Mittel zur Änderung einer Schwellenbedingung der Schwellenüberprüfung gemäß Änderungen der Umgebungsbedingungen;

und einem Mittel (6) zur Einleitung einer Bilderfassung durch die Bilderzeugungsvorrichtung, wenn die Schwellenüberprüfung zufriedenstellend ist.

2. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Mittel (7, 14) zum Vergleich eines Signales, das von den Detektorelementen abgeleitet ist, mit einem Schwellenpegel, um die Schwellenüberprüfung auszuführen.

3. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Mittel (6) zur Änderung einer Schwellenbedingung ein Vergleichsmittel (6, 7) zum Vergleich eines Signals (S), das von den Detektorelementen abgeleitet wird, mit einem Schwellenpegel und zur Änderung des Schwellenpegels gemäß Änderungen des Signales umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Änderung einer Schwellenbedingung ein Vergleichsmittel (13, 14) zum Vergleich eines Signales (S), das von den Detektorelementen abgeleitet ist, mit einem vorher erhaltenen Signal von den Detektorelementen umfaßt, um eine Differenz zu erzeugen, die mit einem Schwellenpegel verglichen wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Festkörpervorrichtung eine CCD-Vorrichtung (3) ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zum Gebrauch bei einer intraoralen Anordnung angepaßt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung dazu verwendet wird, eine Röntgenstrahlung zu detektieren.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Röntgenquelle (1) zur Bestrahlung eines Objektes, hinter dem während des Gebrauchs die Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung (3) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Mittel (4), um vor der Einleitung einer Bilderfassung eine Ladung von den Detektorelementen im wesentlichen kontinuierlich auszutakten.

10. Dentale Röntgenstrahlen-Bilderzeugungsvorrichtung mit:

einer Röntgenquelle (1), einer Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung (3) zum Empfang von Röntgenstrahlung von der Quelle, nachdem diese durch ein Objekt (2) gelangt ist, und

einem Mittel (4) zur Einleitung einer Bilderfassung, wenn eine Schwellenüberprüfung zufriedenstellend ist, das ein Mittel zum Vergleich (6, 7, 14) eines Signales, das von der Bilderzeugungsvorrichtung (3) abgeleitet ist, mit einer Schwellenbedingung und ein Mittel (9, 13) zur Änderung der Schwellenbedingung gemäß Änderungen der Umgebungszustände umfaßt.