BE1014282A3

BE1014282A3 - Rontgendiagnostikeinrichtung mit elektronischem zoom fur einen detektor mit einem speicherleuchtschirm.

Info

Publication number: BE1014282A3
Application number: BE2000/0551A
Authority: BE
Inventors: Fuchs Manfred; Mattern Detlef; Hell Erich
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2003-08-05
Also published as: DE19946736C1; JP2001157674A; US6477230B1

Abstract

Die erfindung betrifft eine rontgendiagnostikeininrichtung mit einem speicherleuchtschirm (5) fur die latente speicherung des jeweiligen rontgenstrahlenbildes, mit einer röntgenaufnahmevorrichtung (1,2) zur Erzeugung eines röntgenstrahlenbündels (3), mit einer auslesevorrichtung (6,7,15) bei der zur bildwiedergabe der speicherleuchtschirm (5) durch eine abstastung mittels einer strahlenquelle (6) zum leuchten angeregt wird, mit einem detektor (7,15) zum erfassen des von dem speicherleuchtschirm (5) emittierten lichtes und mit einem bildwiedergabesystem (8,9) . Die röntgendiagnostikeinrichtung ist derart ausgebildet, dabeta in einem ersten betriebsmodus die röntgenaufnahmevorrichtung (1,2) röntgenbilder mit einer ersten dosis erstellt socia die auslesevorrichtung (6,7) eine schnelle auslesung der bildfläche (13) des speicherleuchtschirmes (5) mit geringer Auflôsung durchfêhrt und in einem zweiten betriebsmodus die röntgenaufnahmevorrichtung (1,2) röntgenbilder mit einer zweiten, gegenüber der ersten dosis höheren dosis in einem eingeschränkten bereich (16) erstellt sowie dieser bereich (16) der bildfläche (13) des speicherleuchtschirmes (5)

Description

Beschreibung Röntgendiagnostikeinrichtung mit elektronischem Zoom für einen Detektor mit einem Speicherleuchtschirm Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Speicherleuchtschirm für die latente Speicherung des jeweiligen Röntgenstrahlenbildes, mit einer Röntgenaufnahmevorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenstrahlenbündels, mit einer Auslesevorrichtung, bei der zur Bildwiedergabe der Speicherleuchtschirm durch eine Abtastung mittels einer Strahlenquelle zum Leuchten angeregt wird, mit einem Detektor zum Erfassen des von dem Speicherleuchtschirm emittierten Lichtes und mit einem Bildwiedergabesystem.

In der DE-38 03 766 Al ist eine derartige Röntgendiagnostikeinrichtung beschrieben, bei der als strahlenempfindlicher Wandler ein Speicherleuchtstoff mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird, so dass in ihm Defektelektronen erzeugt werden, die in Potentialfallen (Traps) gespeichert werden. In einer Auslesevorrichtung wird die gesamte Fläche dieses Speicherleuchtschirmes von einer zusätzlichen Strahlenquelle, beispielsweise einem Laser, bildpunktweise abgetastet, so dass die in den Traps gespeicherten Elektronen angeregt werden und in Rekombinationszentren zurückfallen können, wobei die Energiedifferenz in Form von Lichtquanten abgestrahlt wird. Dadurch ist es möglich, dass derart gespeicherte Röntgenstrahlenbild aus dem Speicherleuchtschirm auszulesen.

Zur flächenförmigen Abtastung des Speicherleuchtschirmes wird ein Laserstrahl eines sogenannten "Flying Spot Scannern" durch zwei Spiegel in vertikaler und horizontaler Richtung abgelenkt, so dass alle auf dem Speicherleuchtschirm liegenden Bildpunkte nacheinander abgetastet werden. Das von dem Speicherleuchtschirm emittierte Licht wird durch zwei lichtleitende Platten erfasst und auf zwei seitlich angebrachte zeilenförmige CCD-Lichtwandler geleitet. Das Ausgangssignal des

Detektors wird einer normalen Fernsehkette zur Wiedergabe des Röntgenbildes auf einem Monitor zugeführt.

Als Speicherleuchtstoffe können hierbei die aus der DE 33 47 207 C bekannten, mit Europium aktivierten Bariumfluor-Bromchlorid-Verbindungen Verwendung finden, die sich durch sichtbares Licht (Photostimulation) anregen lassen. Zur Anregung dieses Speicherleuchtstoffes lässt sich der üblicherweise verwendete He-Ne-Laser verwenden, der Strahlen von einer Wellenlänge von 633 nm erzeugt.

Aus der EP 859 244 Al ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung bekannt, bei der die Platten der Speicherleuchtschirme in Transmission durch einen Laser mit vorgeschalteter Fiberoptik anstelle der "Flying Spot Scanner" bereichsweise angeregt werden. Das emittierte Licht der bestrahlten Fläche wird von matrixformigen CCD-Bildwandlern erfasst, denen ebenfalls eine Fiberoptik vorgeordnet ist. Zur vollständigen Abtastung des Speicherleuchtschirmes wird die Auslesevorrichtung über dessen gesamte Fläche bewegt.

Bei derartigen Röntgendetektoren nach dem Speicherleuchtstoffprinzip wird ein Röntgenprojektionsbild des Patienten zunächst aufbelichtet, von dem Scanner ausgelesen und digitalisiert. Es werden dabei nur grossformatige Radiographieaufnahmen mit relativ hoher Dosis gemacht und langsam mit voller Auflösung ausgelesen. Anschliessende Ausschnittvergrösserungen mit entsprechend angepasster Auflösung (Zoom) sind nicht vorgesehen.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagnostikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine schnelle Übersichtsaufnahme und eine anschliessende Zoomaufnahme mit hoher Auflösung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Röntgendiagnostikeinrichtung derart ausgebildet ist, dass in

einem ersten Betriebsmodus die Röntgenaufnahmevorrichtung Röntgenbilder mit einer ersten Dosis erstellt sowie die Auslesevorrichtung eine schnelle Auslesung der Bildfläche des Speicherleuchtschirmes mit geringer Auflösung durchführt und in einem zweiten Betriebsmodus die Röntgenaufnahmevorrichtung Röntgenbilder mit einer zweiten, gegenüber der ersten Dosis höheren Dosis in einem eingeschränkten Bereich erstellt sowie dieser Teil der Bildfläche des Speicherleuchtschirmes mit hoher Auflösung ausgelesen wird.

Dadurch kann man erst eine Cbersichtsaufnahme erstellen, wählt dann einen Bildausschnitt und damit einen abzutastenden Bereich aus und mach dann eine Ausschnittvergrösserungen hoher Auflösung mit elektronischem Zoom.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Strahlenquelle
EMI3.1
zeilenförmig ist und den Speicherleuchtschirm abtastet und der Detektor zeilenförmig und in seiner Auflösung umschaltbar ist.

Erfindungsgemäss kann die Breite der Fokussierung der zeilenförmigen Strahlenquelle beispielsweise zwischen zwei Fokussierungen umschaltbar sein. Bei umschaltbarer Strahlenquelle ist die Zeilenbreite des CCDs nicht entscheidend, so dass der zeilenförmige Detektor lediglich in Zeilenrichtung zwischen zwei Auflösungen umschaltbar sein kann.

Optimale Abstimmungen der Anordnungen lassen sich erreichen, wenn die zeilenförmige Strahlenquelle zwei getrennte Anordnungen zur Erzeugung des Stimulationslichtes unterschiedlicher Fokussierungen und der zeilenförmige Detektor zwei optisch und elektrisch getrennte CCD-Zeilen unterschiedlicher Auflösungen aufweist.

Wird auf eine umschaltbare Strahlenquelle verzichtet, so kann im zweiten Betriebsmodus in Richtung der Zeilenbreite gleichzeitig mehrere Photoelemente und zeitlich nacheinander mehr-

fach ausgelesen werden, deren Signale bildpunktweise addiert werden.

In vorteilhafter Weise kann die Auflösung im zweiten Betriebsmodus das neunfache der Auflösung im ersten Betriebsmodus betragen, wobei die Abmessungen der für einen Bildpunkt im zweiten Betriebsmodus aktiven Photoelemente 50 um und der für einen Bildpunkt im ersten Betriebsmodus aktiven Photoelemente 150 um betragen können.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine bekannte Röntgendiagnostikeinrichtung, Figur 2 eine erfindungsgemässe Auslesevorrichtung in einem ersten Betriebsmodus, Figur 3 die erfindungsgemässe Auslesevorrichtung in einem zweiten Betriebsmodus und Figuren 4 und 5 Strukturen des CCD-Lichtwandlers mit anpass- barer Auflösung In der Figur 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer von einem Röntgengenerator 1 mit Hoch- und Heizspannung versorgte Röntgenröhre 2 wiedergegeben, die ein kegelförmiges Röntgenstrahlenbündel 3 erzeugt, das einen Patienten 4 durchdringt. Die durch den Patienten 4 entsprechend seiner Transparenz geschwächten Röntgenstrahlen fallen auf einen Lumineszenz-Speicherleuchtschirm 5.

Dieses auffallende Strahlenbild erzeugt in dem Speicherleuchtschirm 5, wie bereits beschrieben, Defektelektronen, die in Potentialfallen des Speicherleuchtstoffes gespeichert werden, so dass in dem Speicherleuchtschirm 5 ein latentes Bild gespeichert ist.

Zur Wiedergabe des latenten, gespeicherten Bildes wird der Speicherleuchtschirm 5 durch eine Abtastvorrichtung 6 zeilenweise angeregt. Ein Detektor 7 erfasst das von dem Speicherleuchtschirm 5 emittierte Licht und wandelt das der Helligkeit der abgetasten Bildpunkte entsprechende Licht in ein elektrisches Signal um, das einer Wiedergabeschaltung 8 zugeführt wird, die aus einem einzelnen analogen Ausgangssignal des Detektors 7 ein Videosignal zur Darstellung auf einem Monitor 9 erzeugt. Die Wiedergabeschaltung 8 kann ein Bildsystem mit Wandlern, Bildspeichern und Verarbeitungsschaltungen aufweisen. Bedienelemente 10 sind über eine Systemsteuerung und -kommunikation 11 mit den übrigen Komponenten der Röntgendiagnostikeinrichtung verbunden.

Die Systemsteuerung 11 bewirkt die Steuerung und Synchronisation des Röntgengenerators 1, der Relativbewegung des Speicherleuchtschirmes 5 während der Abtastung, der Abtastvorrichtung 6, der Wiedergabeschaltung 8 und des Monitors 9.

In der Figur 2 ist die erfindungsgemässe Abtastvorrichtung 6 für den plattenförmigen Speicherleuchtschirm 5 in Aufsicht dargestellt, der beispielsweise eine Trägerplatte 12 aus Glas mit einem Bildbereich 13 aufweist. Ein rechteckförmige Träger 14 mit umgreift die Trägerplatte 12 des Speicherleuchtschirmes 5. Unterhalb der Trägerplatte 12 ist die nicht dargestellte zeilenförmige Strahlenquelle 6 und oberhalb ist ein CCD-Lichtwandler 15 als zeilenförmiger Detektor 7 an dem Träger 12 angebracht. Für eine Übersichtsaufnahme kann, wie noch beschrieben wird, der gesamte Bildbereich 13 zeilenförmig über gesamte Bildbreite schnell mit geringer Auflösung abgetastet werden.

Wird nun ein besondere Bereich (ROI) ausgewählt, so kann, wie in Figur 3 dargestellt, in einem zweiten Abtastvorgang nur der Zoom-Bereich 16 langsam und mit grösstmöglicher Auflösung nur von einem kleinen aktiven Teil 17 des CCD-Lichtwandlers 15 ausgelesen werden.

Der CCD-Lichtwandler 15 mit anpassbarer Auflösung kann dabei, wie in Figur 4 abgebrochen dargestellt, aus einer Vielzahl von in drei Reihen angeordneten Photoelementen 18 bestehen.

Für den ersten Betriebsmodus wird das Stimulationslicht der Abtastvorrichtung 6 derart fokussiert, dass alle Photoelemente 18 des CCD-Lichtwandlers 15 von dem vom Speicherleuchtstoff emittierten Licht beleuchtet werden. Durch sogenanntes Binning können jeweils 3 x 3 Photoelemente 18 zu einem Bildpunktbereich 19 zusammengefasst und gemeinsam ausgelesen werden. Für den zweiten Betriebsmodus werden die Photoelemente 18 einzeln ausgelesen, wobei der Auslesemodus von der Fokussierung des Stimulationslichtes der Abtastvorrichtung 6 abhängt.

Bei einem Detektor mit einem Speicherleuchtschirm 5 mit derart integriertem Scanner sind Aufnahmen im Abstand von 5 bis 10 Sekunden möglich. Die Bilder können auch in diesem zeitlichen Abstand an dem angeschlossenen Monitor 9 betrachtet werden.

Dies eröffnet neue, kostengünstige Möglichkeiten. Mit der in Auflösung und Geschwindigkeit anpassbaren CCD-Auslesevorrichtung sind grossformatige Übersichtsaufnahmen bis zu 45cm x 45cm mit reduzierter Dosis in quasi Durchleuchtung möglich.

Nach der Bildbeurteilung durch den Arzt sind anschliessend, ohne dass der Patient 4 seine Lage verändert hat, die interessierenden Ausschnittsbereiche mit hoher Auflösung und höherer Dosis für beste Bildqualität aufzunehmen. Der CCD-Lichtwandler 15, der beispielsweise mit angekoppelter Lichtleiteroptik die Speicherleuchtstoffplatte direkt ausliest, kann beispielsweise 3-zeilig sein, wobei ein Photoelement 18 50um x 50um gross sein kann.

Für den Ubersichtsmode werden 3x3 Pixel zusammengefasst (Binning). Für die gleiche Integrationszeit kann die Scankopfgeschwindigkeit 3-fach höher sein als im hochauflösendem Mode. Der CCD-Lichtwandler 15 ist derart geschaltet, dass das

Licht über 3x3 Photoelemente 18 integriert wird. Für die Auslesung werden dann jedoch alle gesammelten Elektronen des Bildpunktbereiches 19 in die unterste Zeile geschoben. Auf diese Weise wird nur ein Ausleseverstärker mit dem entsprechenden Rauschen benötigt. Das Stimulationslicht der Abtastvorrichtung 6 wird auf eine 150 um breite Zeile fokussiert.

Für den hochauflösenden Mode werden die 50 um Photoelemente 18 einzeln ausgelesen. Dafür können mehrere technische Ausführungsformen in Frage kommen.

1. Das Stimulationslicht der zeilenförmigen Strahlenquelle 6 bleibt auf eine 150 um breite Zeile fokussiert.

Der CCD-Lichtwandler 15 wird auf 3 Auslesezeilen umgeschaltet. Ein Bildpunkt des Speicherleuchtschirmes 5 wird nun hintereinander von den Photoelementen 18 des Bildpunktbereiches 19 in den drei Zeilen nacheinander ausgelesen. Die Auslesung des CCD-Lichtwandlers 15 wird um den Faktor drei beschleunigt. Die Information der CCD-Photoelemente 18 muss in der Wiedergabeschaltung 8 den Bildpixeln richtig zugeordnet und addiert werden.

2. Das Stimulationslicht wird auf 50 um Fokussierung umgeschaltet.

Die Zeilenbreite des CCD-Lichtwandlers 15 ist jetzt nicht entscheidend. Lediglich die Photoelemente 18 werden in Zei-
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lenrichtung im 50 um Mode betrieben.

3. Das Stimulationslicht wird ebenfalls auf 50 um Fokussie- rung umgeschaltet.

Lediglich die Photoelemente 18 in dem Bildpunktbereich 21 der ersten Zeile 20 werden ausgelesen.

4. Die Abtastvorrichtung 6 besitzt zwei Zeilen mit für beide Auflösungen optimierten Anordnungen und Fokussierungen für das Stimulationslicht. Der CCD-Lichtwandler 15 weist, wie in Figur 5 dargestellt, eine erste Zeile 22 mit kleinen Photo-

elementen 23, beispielsweise mit einer Abmessung von 50 um x 50 um, und eine zweite Zeile 24 mit beispielsweise 150 um x 150 um grossen Photoelementen 25 auf einem Chip oder getrennten Chips auf. Die Zeilen 22 und 24 sind optisch und elektrisch getrennt. Je nach Betriebsmodus werden die breiten oder schmalen Zeilen der Abtastvorrichtung 6 und des CCDLichtwandlers 15 ausgewählt.

Bezugszeichenliste
1 Röntgengenerator
2 Röntgenröhre
3 Röntgenstrahlenbündel
4 Patient
5 Speicherleuchtschirm
6 Abtastvorrichtung
7 Detektor
8 Wiedergabeschaltung
9 Monitor 10 Bedienelemente 11 Systemsteuerung und-kommunikation 12 Trägerplatte 13 Bildbereich 14 Träger 15 CCD-Lichtwandler 16 Zoom-Bereich 17 aktiver Teil des CCD-Lichtwandlers 18 Photoelemente 19 Bildpunktbereich 20 erste Zeile 21 Bildpunktbereich 22 erste Zeile 23 kleine Photoelemente 24 zweite Zeile 25 grosse Photoelemente

Claims

Patentansprüche 1. Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Speicherleuchtschirm (5) für die latente Speicherung des jeweiligen Röntgenstrahlenbildes, mit einer Röntgenaufnahmevorrichtung (1, 2) zur Erzeugung eines Röntgenstrahlenbündels (3), mit einer Auslesevorrichtung (6,7, 15), bei der zur Bildwiedergabe der Speicherleuchtschirm (5) durch eine Abtastung mittels einer Strahlenquelle (6) zum Leuchten angeregt wird, mit einem Detektor (7,15) zum Erfassen des von dem Speicherleuchtschirm (5) emittierten Lichtes und mit einem Bildwiedergabesystem EMI10.1 (8, 9), d gekennzeichnet, dass die Röntgendiagnostikeinrichtung derart ausgebildet ist, dass in einem ersten Betriebsmodus die Röntgenaufnahmevorrichtung (1, 2) Röntgenbilder mit einer ersten Dosis erstellt sowie die Auslesevorrichtung (6,7) eine schnelle Auslesung der Bildfläche (13) des Speicherleuchtschirmes (5)

mit geringer Auflösung durchführt und in einem zweiten Betriebsmodus die Röntgenaufnahmevorrichtung (1, 2) Röntgenbilder mit einer zweiten, gegenüber der ersten Dosis höheren Dosis in einem eingeschränkten Bereich (16) erstellt sowie dieser Bereich (16) der Bildfläche (13) des Speicherleuchtschirmes (5) mit hoher Auflösung ausgelesen wird.
2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Strah- EMI10.2 lenquelle (6) zeilenförmig ist und den Speicherleuchtschirm (5) abtastet und der Detektor (7, 15) zeilenförmig und in seiner Auflösung umschaltbar ist.
3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, EMI10.3 d gekennzeichnet, dass die Breite der Fokussierung der zeilenförmigen Strahlenquelle (6) umschaltbar ist.
4. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Anspruche 1 EMI10.4 bis 3, d gekennzeichnet, dass <Desc/Clms Page number 11> EMI11.1 die zeilenförmige Strahlenquelle (6) zwischen zwei Fokussierungen und der zeilenförmige Detektor (7, 15) in Zeilenrich- tung zwischen zwei Auflösungen umschaltbar ist.
5. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 EMI11.2 bis 3, d gekennzeichnet, dass die zeilenförmige Strahlenquelle (6) zwei getrennte An- ordnungen zur Erzeugung des Stimulationslichtes unterschiedlicher Fokussierungen und der zeilenförmige Detektor (7,15) zwei optisch und elektrisch getrennte CCD-Zeilen (22,24) unterschiedlicher Auflösungen aufweist.
6. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im zweiten Betriebsmodus in Richtung der Zeilenbreite gleichzeitig mehrere Photoelemente (18) und zeitlich nacheinander mehrfach ausgelesen werden, deren Signale bildpunktweise addiert werden.
7. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 EMI11.3 bis 6, d gekennzeichnet, dass die Auflösung im zweiten Betriebsmodus das neunfache der Auflösung im ersten Betriebsmodus beträgt.
8. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 EMI11.4 bis 7, d gekennzeichnet, dass die Abmessungen der für einen Bildpunkt im zweiten Betriebsmodus aktiven Photoelemente (18,21, 23) 50 um und der für einen Bildpunkt im ersten Betriebsmodus aktiven Photoelemente (19,25) 150 um betragen.