DE1537424A1

DE1537424A1 - Roentgenfernseheinrichtung

Info

Publication number: DE1537424A1
Application number: DE1967S0113130
Authority: DE
Inventors: Haendle Dipl-Ing Joerg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-12-02
Filing date: 1967-12-02
Publication date: 1969-12-11
Also published as: FR1593832A; DE1537424B2

Description

RöntgeufernseheinrIchtung

Die Erfindung betrifft eine .Röntgenfernseheinrichtung mit einer Schaltungsanordnung für die automatische Verstärkungsregelung durch Konstanthalten der maximalen Videosignalamplitude (Spitzenweisswert) mit Hilfe eines Regelkreises innerhalb des Videoverstärkerzuges. " - κ

Bei Röntgenfernseheinrichtungen sind sowohl die Helligkeit als auch der Bildkontrast des Wiedergabebildes mit elektrischen Mitteln frei einstellbar. Die freie Einstellbarkeit dieser Werte führt jedoch nur dann zu einer besseren Detailerkennbarkeit des Bildes, wenn diese Werte stets optimal gewählt sind. Eine solche optimale Wahl ist aber deshalb besonders schwierig, weil sich sowohl der Bildinhalt als auch die Bildhelligkeit und der Bildkontrast durch die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der einzelnen Objekte u.U. sogar während des Untersuchungsablaufs etwa durch Kontrastmitteleinlauf, durch Ändern der Lage des Untersuchungsfeldes usw. laufend wandeln. Die Bedienungsperson müsste also die genannten elektrischen Werte bei jeder Objektänderung den neuen Verhältnissen anpassen. Dies hat zur Folge, dass entweder die Konzentration auf die Diagnose leidet oder die Durchleuchtungszeit verlängert und damit die Strahlenbelastung des Objekts erhöht wird. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, die maximale Bildhelligkeit durch eine automatische Verstärkungsregelung des Videoverstärkers konstantzuhalten.

Bei einer solchen automatischen Verstärkungsregelung wird eine aus dem Spitzenwert der Bildhelligkeit innerhalb eines ausgewählten Bildbereichs (Dominante) abgeleitete Regelgrösse dazu benutzt, um· mit Hilfe eines in den Videoverstärker einbezogenen Regelkreises den Spitzenwert der Bildhelligkeit konstant zu halten.

Unterlagen tArt.7§1Ab_S.2Nr.1Sate3de_SÄnderung₈₉e3.y.4,9.l9.6a

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Nun sind die Kontraste von Röntgendurchleuchtungsbildern meist sehr gering. Dies hat zur Folge, dass auch das bei der Abtastung des Röntgenbildes entstehende Videosignal nur schwach moduliert ist. Nichts alle zu diagnostizierenden Objekte weisen indessen einen geringen Kontrast auf. Der Kontrast ist vielmehr abhängig von den Unterschieden der Strahlendurchlässigkeit innerhalb der zu diagnostizierenden Objektbereiche und dem Streustrahlenanteil. Wenn nun die Bildhelligkeit auf einem hohen Wert konstantgehalten wird, so entsteht bei Objekten mit schwachen Kontrasten unterhalb des modulierten Bereichs des Videosignals ein verhältnismässig hoher sog. Gleichlichtanteil, der keinerlei Bildinformation enthält. Dadurch wird der lineare Aussteuerungsbereich des Videoverstärkers nur sehr schlecht ausgenutzt.

Um zu erreichen, dass der lineare Aussteuerungsbereich des Verstärkers soweit wie möglich zur übertragung der Nutzinformation zur Verfügung steht und gleichzeitig der Spitzenwert der Bildhelligkeit konstant bleibt, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass

a) ein Teil des Videosignals aus dem Videohauptkanal abgezweigt und an die in einem Videohilfskanal angeordnete Serienschaltung eines Kondensators, einer Diode und eines Widerstandes solcher Grosse angelegt ist, dass die Kondensatorladung dem Spitzenschwarzwert des die Serienschaltung durchfliessenden

Videosignalstroms proportional ist und während wenigstens

einer Halbbildabtastung konstant bleibt;

b) der Diode und dem Widerstand die Steuerelektroden einer Verstärkerstufe des Hilfskanals parallelgeschaltet sind; ...

c) ein von den Vertikal- und Horizontalimpulsen synchronisierter, im Hilfskanal angeordneter Impulsgenerator die Diode nur wäh-, , rend der Dauer der Abtastung eines Bildausschnitts (Dominante), in den leitenden und während der Dauer der übrigen Abtastung ,-in den nichtleitenden Zustand tastet, so dass am Ausgang der..,-..

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verstärkerstufe ein auf den Spitz"enschwarzwert innerhalb der Dominante geklemmtes BA-Signal entsteht;

d) ein Teil des geklemmten BA-Signals über eine nur während der Dauer der Horizon talablenkiinpulse geöffneten Torschalter in Form von Klemmimpulsen an eine im Videohauptkanal angeordnete Klemmstufe gelangt, die das Videosignal während der Horizontalaustastliicken auf den vom Potential der Klemmimpulse bestimmten Schwarzwer" klemmt, up'J der andere Teil des geklemmten ΒΑ-Signals einer Stufe zugeführt ist, die durch Spitzenwertgleiehrichtung eine dem Spitzenweisswert des innerhalb der Dominante auftretenden ΒΑ-Signals entsprechende,^bls zur jeweils folgenden Abtastung der Dominante gespeicherten Regelspannung erzeugt, die dem Regelkreis für die Konstanthaltung des Spitzenweisswertes zugeführt ist, und

e) der Klemmstufe im Videohauptkanal eine Stufe für die Schwärzwertbegrenzung, eine Stufe für die Weisswertbegrenzung des BA-* Signals sowie eine Stufe für die Synchronimpulszurr.ischung zum BA-Signal nachgeschaltet ist.

Über die bereits beschriebenen Vorteile hinaus ist durch die Anordnung der Dominantenaustastung und der Schaltelemente für die Erzeugung der Steuerspannung für die Schwarzwertklemmung in einem Hilfskanal erreicht, dass ein Sichtbarwerden der Dominantenimpulse im Wiedergabebild, was bei einer an sich möglichen Anordnung der entsprechenden Schaltmittel im Videohauptkanal störend in Erscheinung tritt, vermieden ist.

Die Grosse der Signalniodulation ist abhängig von der Grosse des Röntgenbildkontrastes, die bei einem bestimmten Objekt von der Höhe der Röhrenspännung bestimmt wird. Bei der Festklemmung des Schwarzwertes ist die Grosse der Signalmodulation darüber hinaus auch von der Helligkeit des Röntgcn'oildes, also von der RöntEendosislelstung, abhängig. In ei.ior vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden daher zur Konstanthaltung deV Slgnälmo-

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dulation bei festgeklemmtem Schwarzwert zunächst die elektrischen Werte der Röntgenröhre in den zulässigen Grenzen von Strahlenbelastungen des Patienten einerseits und Auftreten von Quantenrauschen andererseits mit Hilfe der aus dem Videohilfskanal gewonnenen Regelspannung im Sinne einer Konstanthaltung des Spitzenweisswertes im Videohauptkanal geregelt. Erst beim überschreiten <3er genannten Grenzen wird die Regelung über den Verstärkungsgrad des Videohauptverstärkers vorgenommen. Dazu wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, eine Steuervorrichtung vorziaehen, die aus der Regelspannung und einer konstanten Vergleichsspannung eine Differenzspannung bildet und die die Röntgenröhrenspannung und/oda» P den Röntgenröhrenstrom mit Hilfe einer Einstellvorrichtung entsprechend"*der Höhe der Differenzspannung zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert der Dosisleistung der Röntgenröhre beeinflusst und die Einstellvorrichtung Mittel zum Betätigen eines Umschalters besitzt, der beim Erreichen der Grenzwerte die Regel* spannung dem Videohauptverstärker mit von der Höhe der Regelspannung abhängig veränderbarem Verstärkungsgrad zuführt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben.

Pig. 1 zeigt ein schematisches Signaldiagramm, wie es sich bei ausschliesslicher Anwendung einer automatischen ™ Verstärkungsregelung im Videokanal ergibt,

in Fig. 2 ist das Signaldiagramm mit automatischer Verstärkungsund Kontrastregelung dargestellt,

Fig. J5 zeigt das Blockschaltbild der gesamten Rontgenfernseheinrichtung, während

in Fig. 4 die Stufe für die Erzeugung der elektrischen Steuergrösse zur Schwarzwertsteuerung der Klemmstufe dargestellt ist.

In Fig. 1 ist V der lineare Aussteuerungsbereich des Videoverstärkers für das ΒΑ-Signal. Unterhalb der Null-Linie sind die

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Zeilenimpulse J angedeutet. K ist die Signalamplitude und G der * Gleichlichtanteil. Mit D ist der Ausschnitt aus einer einzelnen Zeile bezeichnet, während dessen Dauer auf die im folgenden beschriebene Weise die Steuerspannung gewonnen wird. In Flg. la ist das In der Bildaufnahmröhre erzeugte und mit Synchronimpulsen versehene Gesamtslgnäl (BAS-Signal) vor der Verstärkung dargestellt. Bei dem in Fig. Ib gezeigten Signal sind die Impulse abgetrennt (ΒΑ-Signal). Fig. Ic zeigt das verstärkte und durch die Verstärkungsregelung auf dem Niveau S konstantgehaltene Signal ohne Synchronimpulse, während in Flg. Id das Signal nach dem Hinzufügen der Synchronimpulse dargestellt 1st. Aus diesem Signaldiagramm ist zu entnehmen, dass ein grosser Teil des linearen /»ussteuerungsbereichs des Videoverstärkers zur Übertragung des . Gleichlihtanteils G dient, der keine für die Diagnose nützliche Information enthält.

In Fig. 2 ist ein Signal gleichen Inhalts, jedoch mit aufonatischer Kontrastregelung dargestellt. Fig. 2a zeigt wieder das BAS-Signal einer Zeile vor der Verstärkung, während in Fig. 2b das BA-Signal dargestellt, ist. Durch die Verstärkung dieses Signals und die gleichzeitige Klemmung des Verstärkers auf den Spitzenschwarzwert ist praktisch der gesamte lineare Aussteuerungsbereich des Verstärkers zur Verstärkung des die Information enthaltenden Signalanteils K "im Dominantenbereieh D_ ausgenutzt. Nachdem der nunmehr über die Null-Linie hinausgehende Gleichlichtanteil G durch eine Schwarzwertbegrenzerstufe abgeschnitten ist, ergibt sich ein BA-Signal nach Fig. 2d, dem, wie in Fig. 2e gezeigt, nur noch die Synchronimpulse hinzugefügt zu werden brauchen.

Die Fernseheinrichtung der in Fig. 3 in einem Blockschaltbild dargestellten Röntgenanlage besitzt einen Videohaupt- und einen Videohilfskanal. Der Videohauptkanal ist gebildet aus der an den Röntgenbildverstärker 1 angeschlossenen Fernsehkamera 2, dem Videohauptverstärker 3 mit regelbarem Verstärkungsgrad, der Klemmstufe 4 für die getastete Klemmung des von der Fernsehkamera er-. zeugten BA-Signa3s auf den Spitzenschwarzwert, während der Dauer

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Horizontalaustastlücken, der Schwär zwei¹ tbegrenzungss tuf e f>, der ·. Weisswertbegrenzungsstufe. 6, der Stufe 7 für die Synchronimpuls-zumischung sowie dem Bildwiedergabegerät 8, in dessen Bildbereich die Dominante D angedeutet ist. ' . . . ί . ί

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Der Videohilfskreis dient zur Bildung der Regelgrössen und ist gebildet aus der Stufe 9, die einen Impulsgenerator enthält, der, von den in der Stufe 10 erzeugten Vertikal- und Horizontalimpulsen synchronisiert, die sog. Dominantenimpulse erzeugt, die während der gegebenenfalls wählbaren Dauer des Zeilenaxissehnitts D„, und einer bestimmten, auch gegebenenfalls wählbaren Anzahl von fe Zeilen wirksam sind, der Stufe 11, die mit noch zu beschreibenden Mitteln das ΒΑ-Signal auf ,.den innerhalb der Dominante auftretenden Spltzenschwarzwert klemmt, der Stufe 12, die eine von den Dominantenimpulsen in der Weise gesteuerte Torschaltung enthält, dass sie das von der Stufe 11 kommende BA-Signal nur während des Auftretens der Dominantenimpulse durchlässt, der Stufe 13* die eine den Spitzenwerten des während der Dominantenimpulse auftretenden BA-Signa]s entsprechende Regelspannung für die automatische Verstärkungsregelung erzeugt, sowie der Stufe 14, die einen Verstärker für die Regelspannung enthält.

Das von der Stufe 11 auf den innerhalb der Dominante auftretenden Spitzenschwarzwert geklemmte ΒΑ-Signal wird einer weiteren Tor-P schaltung 15 zugeführt, die von den Horizontalimpulsen der Stufe 10 derart gesteuert ist, dass sie das BA-Signal nur während der Horizontal-Austastlücken durchlässt und als Steuerpotentlai der Klemmstufe 4 im Videohauptkanal für die getastete Klemmung des BA-Signals auf den Spitzenschwarzwert zuführt. Die am Ausgang der Verstärkerstufe 14 auftretende Regelspannung ist über einen Umschalter 16 wahlweise entweder der Steuervorrichtung 17 für die Röntgenröhrenspannung oder dem Videohauptverstärker 3 für die Verstärkungsregelung des ΒΑ-Signals zuführbar. Der Umschalter befindet sich normalerweise in der dargestellten Position. Die . Steuervorrichtung 17 bildet aus der Regelspannung und einer Bezugsspannung eine Differenzspannung. Beim Auftreten dieser Diffe- - . " " . - ' - - 7 -

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renzspannung wird die motorische Einstellvorrichtung 18 in der ; einen oder anderen Richtung betätigt und verändert damit über einen .Einstell transformator die Primärsparyiung des Röntgengenerators 19 und damit die Strahlenhärte der von der Röntgen .ire 20 ausgehenden Röntgenstrahlung, d.h. den Charakter des vom Aufnahmeobjekt ?1 über den Bildverstärker 1 an der Fernsehkamera 2 erscheinenden Röntgenbildes so lang, bis die Differenzspannung zu Null wird. Wenn diese Regelung des Bildkontrastes über die Röntgenröhrenspannung nicht ausreicht oder aus hier nicht näher zu erläuternden physikalischen Gründen unerwünscht ist, kann eine Beeinflussung der Modulation des BA-Signals auch über die Röhrendosisleistung, d.h. über die Röhrenspannung und/oder den Röhrenstrom, erfolgen. Bei Objekten mit verhältnismässig geringen Kontrasten steigt die Strahlenbelastung des Objekts allerdings möglicherweise so sehr an, dass nicht dargestellte Mittel vorgesehen werden müssen, um ein weiteres Hochregeln der Röntgendosisleistung dann zu verhindern, wenn eine bestimmte Strahlenbelastung erreicht ist.

Andererseits besteht bei sehr strahlentransparenten, kontrastreichen Objekten die Möglichkeit, dass die Dosisleistung der Röntgenröhre so stark reduziert wird, dass das Quantenrauschen störend , in Erscheinung tritt.

Durch diese beiden Grenzen ist der Regelbereich der Röntgenröhren- ä leistung bestimmt. Beim Anstossen an eine dieser Grenzen wird durch die schematlsch angedeutete mechanische Verbindung zur Einstellvorrichtung 18 der Umschalter in die andere Schaltstellung gebracht, ; so dass das von der Verstärkerstufe Ik erzeugte Steuersignal nun- \

mehr den normalerweise auf einem mittleren Wert befindlichen Ver- \ Stärkungsgrad des Videohauptverstärkers 3 in der Weise beeinflusst, dass er je nach der Höhe der Regelspannung in der einen oder anderen Richtung verändert wird.

Beim Vorhandensein eines nicht dargestellten Regelkreises für die \ Konstanthaltung der Dosisleistung mit einer in Strahlenrichtung be- ι trachtet hinter dem Aufnahmeobjekt angeordneten Strahlenmessvor- i

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richtung muss zur Beeinflussung der Strahlendosisleistung der Röntgenröhre in diesen Regelkreis derart eingegriffen werden, dass seine Gi»undelnsteilung entsprechend der Höhe der von der Stufe 14 kommenden Regelspannung beeinflusst wird. Dadurch ist erreicht, dass dieser Regelkreis voll in Funktion bleibt und den jeweils eingeregelten Dosisleistungsgrundwert konstant hält.

In Fig. 4 ist die Stufe 11 in Form eines Prinzipschaltbildes dargestellt. Das ΒΑ-Signal gelangt Über die Leitung 22 an die Basis des Transistors 23 und tritt am Emitterwiderstand 24 in Form einer Videosignalspannung auf. Dem Widerstand 24 ist die Serienschaltung des Kondensators 25 der nur während der Abtas tung der Dominante,, leitenden Diode 26 und des Widerstandes 27 parallelgeschaltet. Während der Abtastung der Dominanten wird der Kondensator 25 über die Diode 26 und den Widerstand 2? auf die Spitzenspannung des Schwarzwertes innerhalb der Dominanten aufgeladen. Ausserhalb der Dominante wird die Diode mit Hilfe von Spannungsimpulsen, die ihr über die Leitung 28 von derDominantenimpulserzeugerstufe zugeführt werden, auf ein entsprechendes hohes Potential getastet, so dass sie sperrt. Der Kondensator 25 hält sein Potential bis zur nächsten Dominantenabtastung. Durch den Transistor 29 flieset- das auf den Spitzenschwarzwert innerhalb der Dominante geklemmte ΒΑ-Signal, das amWiderstand 30 eine entsprechende Steuerspannung erzeugt, die über die Leitung 31 tier während der Horizontal-Austastlücken geöffneten Torschaltung 15 zugeführt ist und in Form von Steuerimpulsen die Klemmung des BA-Signals im Hauptkanal während der Horlzontal-Austastlücken bewirkt.

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Claims

Pat ent ans prüche

1« Röntgenfernseheinrichtung mit einer Schaltungsanordnung für die automatische Verstärkungsregelung durch Konstanthalten der maximalen Videosignalamplitude (Spitzenweisswert) eines jeden Fernsehbildes mit. Hilfe eines Regelkreises innerhalb des Videoverstärkerzuges, d a d u rc h gekennzeichnet, dass .

a) ein Teil des Videosignals aus dem Videohauptkanal abgezweigt und an die in einem Videohilfskanal angeordnete Serienschaltung eines Kondensators (25), einer Diode {26) und eines Widerstandes (27) solcher Grosse angelegt ist, dass die Kondensatorladung dem Spitzenschwarzwert des die Serienschaltung durchf liessenden'Videosignalstroms proportional i-st und während wenigstens einer Halbbildabtastung konstant blelbtj

b) der Diode und dem Widerstand die Steuerelektroden einer Verstärkerstufe (29) des Hilfskanals parallelgeschaltet sind;

c) ein von den Vertikal- und Horizontalimpulsen synchronisierter, im Hilfskanal angeordneter Impulsgenerator (9) die Diode (26) nur während der Dauer der Abtastung eines Bildausschnitts (Dominante) in den leitenden und während der Dauer der übrigen Abtastung in den nichtleitenden Zustand tastet, so dass am Ausgang (31) der Verstärkerstufe (29) ein auf den Spitzenschwarzwert innerhalb der Dominante geklemmtes. ΒΑ-Signal entsteht; .

d) ein Teil des geklemmten ΒΑ-Signals über einen nur während der Dauer der Horizontalablenkimpulse geöffneten Torschalter (15) in Form von Klemmimpulsen an eine im Videohauptkanal angeordnete Klemmstufe (Λ) gelangt, die das Videosignal während der Horizontalaustastlücken auf den vom Potential der Klemmimpulse bestimmten Schwarzwert klemmt, und der andere.Teil des geklemmten ΒΑ-Signals einer Stufe (13) zugeführt ist, die durch

o Unterlagen (Art. 7 3 ι Abs. 2 Nr. l Satz 'i des ÄnJcrunä-ä-äS. y. 4.9- T9.67A

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, Spitzenwertgleichrichtung eine dem Spltzenwelsswert des Innerhalb der Dominante auftretenden ΒΑ-Signals entsprechende, bis zur jeweils folgenden Abtastung der Dominante gespeicherten Regelspannung erzeugt, die dem Regelkreis für die Konstanthaltung des Spitzenwelsswertes zugeführt Ist, und

e) der Klemmstufe (4) im Videohauptkanal eine Stufe (5) für die Schwarzwertbegrenzung, eine Stufe (6) für die Weisswertbegrenzung des ΒΑ-Signals sowie eine Stufe. (7) für die Synchronimpulszumischung zum ΒΑ-Signal nachgeschaltet ist.
2. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (17)* die aus der Regelspannung ^md einer konstanten Vergleichsspannung eine Differenzspannung bildet und die die Röntgenröhrenspannung und/oder den Röntgenröhrenstrom mit Hilfe einer Einstellvorrichtung (18) entsprechend der Höhe der Differenzspannung zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert der Dosisleistung der Röntgenröhre beeinflusst und die Einstellvorrichtung Mittel zum Betätigen eines Umschalters (16) besitzt, der beim Erreichen der Grenzwerte die Regelspannung dem Videohauptverstärker (3) mit von der Höhe der Regelspannung abhängig veränderbarem Verstärkungsgrad zuführt.

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