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Röntgenfernseheinrichtung Die Erfindung betrifft eine Röntgenfernseheinrichtung
für die Wiedergabe von Röntgendurchleuchtungsbildern mit einer elektronischen Bildaufnahmekamera
und einem Bildwiedergabegerät.
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Bei der fernsehtechnischen Übertragung der aus Strahlenschutzgründen
relativ lichtschwachen Röntgenschirmbilder ist die Erreichung des größtmöglichen
Auflösungsvermögens des Fernsehsystems von wesentlicher Bedeutung; denn es kommt
bei der Röntgendiagnostik darauf an, beginnende krankhafte Veränderungen in einem
möglichst frühen Stadium zu erkennen. Es ist allgemein bekannt, daß es keinen Sinn
hat, zur Erzielung einer gesteigerten Empfindlichkeit lediglich den Verstärkungsgrad
des Videoverstärkers zu erhöhen, weil dadurch das Rauschsignal in gleichem Maße
verstärkt wird wie das Nutzsignal. Die einzig wirksame Möglichkeit zur Steigerung
der Empfindlichkeit gegenüber geringsten Bildkontrasten liegt demnach in einer Verbesserung
des Signal-Rausch-Verhältnisses.
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Für das maximal erzielbare Signal-Rausch-Verhältnis gibt es eine durch
Naturgesetz bedingte Grenze, die folgendermaßen definierbar ist: wenn N die mittlere
Anzahl der Quanten (Lichtquanten oder Elektronen) pro Bildelement auf der Signalplatte
der Fernsehaufnahmeröhre ist, ergibt sich aus statistischen Betrachtungen, daß die
Schwankung dieses Mittelwertes ungefähr gleich ± VN beträgt. Diese
Schwankung ist die unvermeidliche Rauschkomponente des Nutzsignals, die selbst dann
vorhanden ist, wenn die elektrischen Verstärkungs- und Übertragungsmittel in idealem
Zustand sind. Eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist also nur durch
eine Erhöhung der mittleren Quantenzahl N pro Bildelement zu erreichen.
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Aus wissenschaftlichen. Veröffentlichungen ist es bekannt, zu diesem
Zweck die Flächenausdehnung eines Bildelements linear, d. h. in beiden Bildkoordinaten
proportional zu vergrößern. Dabei ergibt sich aber die Schwierigkeit, daß die Vergrößerung
der einzelnen Bildpunkte zu einer Verminderung des Detailauflösungsvermögens führt.
Der Erfindung liegt nun die neue Erkenntnis zugrunde, daß eine Steigerung der Kontrastauflösung
in vielen Fällen trotz einer Verminderung der Detailauflösung zu einer Vergrößerung
der Bildinformation führt. Dabei muß allerdings, um auch in den Fällen, bei denen
es mehr auf die Detailerkennbarkeit ankommt, eine größtmögliche Bildinformation
zu erzielen, das Verhältnis von Kontrastauflösung zu Detailauflösung frei wählbar
sein. Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine technische Lösung anzugeben, bei
der die Größe dieses Verhältnisses mit möglichst einfachen Mitteln betriebsmäßig
veränderbar ist.
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Um eine lineare Vergrößerung der Bildelemente zu verwirklichen, wäre
es beispielsweise denkbar, die Zeilenzahl zu verringern. Damit wäre allerdings nur
eine Vergrößerung der Bildelemente in vertikaler Richtung erreicht. Um auch die
horizontale Ausdehnung der Bildelemente proportional zu vergrößern, müßte gleichzeitig
die obere Grenzfrequenz des Videoverstärkers entsprechend der verringerten Zeilenzahl
vermindert werden. Der Nachteil einer solchen Lösung besteht einmal darin, daß in
zwei technisch völlig verschiedene Baugruppen der Fernseheinrichtung eingegriffen
werden muß, deren Veränderung zudem noch in gegenseitiger Abhängigkeit erfolgen
soll, zum anderen darin, daß sich eine kontinuierliche Einstellung der Größe eines
Bildelements bei dieser Lösung technisch nur mit großem Aufwand verwirklichen läßt.
Schließlich ist es unmöglich, dabei Geräte zu verwenden, die nach der Fernsehnorm
arbeiten, d. h., daß für die medizinische Anwendung mit ihren geringen Stückzahlen
kostspielige Spezialentwicklungen und -anfertigungen notwendig sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, die
es ermöglicht, mit unkomplizierten technischen Mitteln, insbesondere ohne Eingriff
in den Bildverstärkerzug und unter Beibehaltung der Fernsehnorm, die beschriebenen
Nachteile zu vermeiden. Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Umschaltmittel
zur Einstellung von Wertekombinationen für den Fokussierungsstrom, die Fokussierungsspannung
und den Ablenkstrom der Elektronenstrahlenbündel von Bildaufnahme-und Bildwiedergaberöhre
vorzusehen, die unter Beibehaltung
der Fernsehnorm eine in Richtung
der beiden Bildkoordinaten proportionale Vergrößerung der von den Elektronenstrahlenbündeln
geschriebenen Rasterflächen über die aktiven Flächen der Signalplatte bzw. des Bildwiedergabebeleuchtschirms
hinaus bewirken und das Detailauflösungsvermögen zugunsten des Kontrastauflösungsvermögens
verringern.
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Die Vergrößerung des Elektronenstrahlenbündels auch der Bildwiedergaberöhre
ist deshalb notwendig, weil bei einer Vergrößerung der vom Elektronenstrahl geschriebenen
Rasterfläche gegenüber der Fläche der Signalplatte nur der Bildaufnahmeröhre lediglich
ein Teil der insgesamt an das Bildwidergabegerät gelangenden Videospannung pro Bild
mit Bildinformationen moduliert ist. Daher würde, wenn der von der Bildwiedergaberöhre
geschriebene Raster wie üblich die gleiche Größe besäße wie der Bildwiedergabebeleuchtschirm,
das wiedergegebene Bild um das Verhältnis der Vergrößerung des Rasters der Bildaufnahmeröhre
gegenüber der Signalplatte kleiner sein als die Schirmfläche. Um zu der Erfindung
zu gelangen, bedurfte es der weiteren Erkenntnis, daß die durch die Vergrößerung
der Rasterfläche erhöhte Abtastgeschwindigkeit, die zu einer möglicherweise nicht
vollständigen Entladung der stark geschwärzten Bildelemente führt, bei der Röntgenbildübertragung
unerheblich ist, weil es im speziellen Fall des Röntgenfernsehens nicht darauf ankommt,
die stark geschwärzten Bildbereiche mit ihrem vollen Schwärzungswert zu übertragen,
denn die sogenannten Grobkontraste dienen dem Röntgenologen nur zur Orientierung
innerhalb des Röntgenbildes, nicht jedoch zur eigentlichen Diagnose.
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An Hand des in der Figur dargestellten Blockschaltbildes sei die Erfindung
nachstehend näher erläutert.
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Eine Fernsehaufnahmeröhre 1 vom Fotoleitfähigkeitstyp (Vidicon) mit
einer von einem Steuergerät 2 gespeisten Vorrichtung für die Erzeugung eines Elektronenstrahls,
die eine Kathode 3, einen Wehnelt-Zylinder 4 und eine Beschleunigungsanode
5 enthält, ist von der Fokussierungsspule 6 umgeben, deren Fokussierungsstrom von
einem Fokussierungsgerät 7 gesteuert wird. Zwischen einer Netzelektrode 8 und einer
lichtempfindlichen Schicht (Signalplatte) 9 liegt die ebenfalls vom Fokussierungsgerät
7 gesteuerte Fokussierungsspannung.
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Das von der Fokussierungsspule erzeugte Fokussierungsfeld hat normalerweise
eine Größe von 40 Gauß. Die Fokussierungsspannung beträgt dabei etwa 250 Volt. Der
von einem Ablenkgerät 10 gesteuerte Ablenkstrom erzeugt in den das Vidicon umgebenden
Ablenkspulen 11, 12 eine solche Feldstärke, daß die Fläche des vom Elektronenstrahl
geschriebenen Rasters die gleiche Größe besitzt wie die Fläche der Signalplatte
9. Wenn nun die Fokussierungsspannung um einen Faktor k erhöht wird, muß sowohl
die Fokussierungsfeldstärke als auch die Ablenkfeldstärke um den Faktor g erhöht
werden, um die gleichen Verhältnisse bezüglich der Größe der vom Elektronenstrahl
geschriebenen Rasterfläche herzustellen. Eine Erhöhung der Fokussierungsspannung
von 250 auf beispielsweise 1000 Volt erfordert also eine Erhöhung des Fokussierungsstroms
und des Ablenkstroms und den Faktor 2. Wenn nun die Fokussierungsspannung und der
Fokussierungsstrom auf ihre normalen Werte reduziert werden, der um den Faktor 2
erhöhte Ablenkstrom jedoch beibehalten wird, ergibt sich, daß die Ablenkamplituden
sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung doppelt so groß sind wie
die Normalwerte. Das bedeutet, daß die Größe eines Bildelements auf der Signalplatte
des Vidicons eine lineare Vergrößerung um den Faktor 2 erfährt. Die Fläche eines
Bildelements vergrößert sich dabei also um den Faktor 4. Die Zahl N der Quanten
pro Bildelement multipliziert sich demzufolge ebenfalls mit dem Faktor 4. Auf Grund
der bereits erläuterten Beziehung zwischen Quantenzahl und Signal-Rausch-Verhältnis
ergibt sich, daß das Signal-Rausch-Verhältnis um den Faktor 2 vergrößert und damit
verbessert ist.
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Wenn es nun aus diagnostischen Gründen notwendig erscheint, die Zahl
der Bildpunkte auf Kosten des Signal-Rausch-Verhältnisses wieder zu erhöhen, ist
es nur erforderlich, die Fokussierungsspannung auf 1000 Volt zu erhöhen und den
Fokussierungsstrom zu verdoppeln, während der Ablenkstrom im überhöhten Zustand
bleibt. Der übergang vom übersteuerten Zustand, bei dem die vom Elektronenstrahl
geschriebene Fläche größer ist als die aktive Fläche der Signalplatte, auf dien
normalen Zustand, bei dem beide Flächen gleich sind, ist also innerhalb des Bruchteils
einer Sekunde durch Betätigen eines einzigen Schalters für die Umschaltung der Fokussierungsspannung
und des Fokussierungstroms möglich.
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Eine weitere Möglichkeit zur Rückkehr vom übersteuerten in den normalen
Zustand besteht darin, den überhöhten Ablenkstrom bei normaler Fokussierungsspannung
und normalem Fokussierungsstrom auf den normalen Wert zu reduzieren. Die Erhöhung
der Fokussierungsspannung und des Fokussierungsstroms hat jedoch demgegenüber den
zusätzlichen Vorteil, daß das Auflösungsvermögen der Bildaufnahmeröhre auch im nicht
übersteuerten Zustand durch eine bessere Fokussierung des Elektronenstrahls verbessert
ist.
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Um zu erreichen, daß das auf der nicht dargestellten Bildwiedergaberöhre
erscheinende Bild trotz der Vergrößerung des Rasters der Bildaufnahmeröhre gegenüber
der Signalplatte stets die gleiche Größe behält, muß der Raster der Bildwiedergaberöhre
gegenüber dem Wiedergabeleuchtschirm mit Mitteln, die den für die Bildaufnahmeröhre
dargestellten gleich sind, im gleichen Verhältnis vergrößert werden wie der Raster
der Bildaufnahmeröhre gegenüber der Signalplatte.