DE1537424B2

DE1537424B2 - Roentgenfernseheinrichtung

Info

Publication number: DE1537424B2
Application number: DE1967S0113130
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Haendle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-12-02
Filing date: 1967-12-02
Publication date: 1973-08-09
Also published as: FR1593832A; DE1537424A1

Description

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.

Bei Röntgenfernseheinrichrungen 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 aus der britischen Patentschrift 1048 926 bereits bekannt, eine aus dem Videosignal eines ausgewählten Bildbereichs (Dominante) abgeleitete Regelgröße zur automatischen Verstärkungsregelung zu benutzen. Diese automatische Verstärkungsregelung zur Konstanthaltung der mittleren Bildhelligkeit auf Grund einer aus einem auswählbaren Bildbereich abgeleiteten Regelgröße hat vor allem den Nachteil, daß der Bildkontrast, d. h. der Unterschied zwischen den Spitzenwerten von weiß und schwarz, weiterhin von Hand eingestellt werden muß. Wegen der gerade bei Röntgendurchleuchtungen häufig sehr rasch wechselnden und sehr starken Kontrastunterschiede ist dieses Nachstellen besonders belastend.

In der deutschen Patentschrift 1004661 ist eine Einrichtung beschrieben, mit der die Verstärkung der Signalamplitude des Videosignals und damit der BiIdkontrast in bestimmten auswählbaren Bildbereichen unter Beibehaltung der Kontrastwerte des restlichen Bildes von Hand frei gewählt werden kann. Mit dieser Einrichtung wird zwar das bei einer willkürlichen Änderung des Bildkontrastes im Umfang des Gesamtbildes immer auftretende Problem der Änderung des Bildcharakters und der damit häufig verbundenen Desorientierung dadurch gelöst, daß eine Kontrastveränderung nur in einem kleinen auswählbaren Bereich stattfindet, während der Charakter des übrigen Bildes erhalten bleibt; die bereits geschilderte Schwierigkeit, bei ständig schwankenden Kontrasten die Verstärkung des Videosignals von Hand anpassen zu müssen, besteht jedoch nach wie vor.

Aus der deutschen Auslegungsschrift 1241869 ist eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Detailerkennbarkeit eines auf dem Bildschirm eines Fernsehempfängers dargestellten Bildes bekannt, bei der ebenfalls aus dem von einem bestimmten Bildausschnitt des Gesamtbildes abgeleiteten Videosignal ein Regelsignal gebildet wird, das zur Änderung des Lichtstromes und/oder der Signalelektrodenspannung der Aufnahmekamera benutzt wird. Eine solche Einrichtung ist für die Zwecke des Röntgenfernsehens jedoch nicht geeignet, weil der Lichtstrom bei Röntgenuntersuchungen von der Röntgenstrahlung abhängt und diese nach Gesichtspunkten der geringsten Strahlenbelastung des Patienten ausgewählt werden muß und daher als Regelgröße im allgemeinen nicht in Betracht kommt. Eine Änderung der Signalelektrodenspannung der Bildaufnahmeröhre hat aber den Nachteil, daß entweder der Dunkelstrom vergrößert oder das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert wird. Nachdem der Lichtstrom beim Röntgenfernsehen außerordentlich gering ist, würde eine solche Verschlechterung durch eine vom Optimalwert abweichende Signalelektrodenspannung zu einer entsprechenden Minderung der Bildqualität führen. Außerdem würde eine solche Regelung das Problem der ständigen Kontraständerungen mit der Notwendigkeit, die Amplitude der Videosignalspannung entsprechend nachstellen zu müssen, ebenfalls nicht lösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den linearen Aussteuerungsbereich des Videoverstärkers mit Hilfe einer automatischen Verstärkungsregelung durch Ableitung eines Regelsignals aus einem auswählbaren Bildbereich (Dominante) möglichst vollständig für die Übertragung der jeweils vorhandenen Information auszunutzen und gleichzeitig eine Übersteuerung der Bildaufnahmeeinrichtung durch Konstanthaltung des Spitzenwertes der Bildhelligkeit zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, 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 Größe 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 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 der Verstärkerstufe ein auf den Spitzenschwarzwert innerhalb der Dominante geklemmtes BA-Signal entsteht;

d) ein Teil des geklemmten B Α-Signals über einen nur während der Dauer der Horizontalablenkimpulse geöffneten Torschalter in Form von Klemmimpulsen an eine im Videohauptkanal angeordnete Klemmstufe gelangt, die das Videosignal während der Horizontalaustastlücken auf den vom Potential der Klemmimpulse bestimmten Schwarzwert klemmt, und der andere Teil des geklemmten BΑ-Signals einer Stufe zugeführt ist, die durch Spitzenwertgleichrichtung eine dem Spitzenweißwert des innerhalb der Dominante auftretenden ΒΑ-Signals entsprechende, bis zur jeweils folgenden Abtastung der Dominante gespeicherte Regelspannung erzeugt, die dem Regelkreis für die Konstanthaltung des Spitzenweißwertes zugeführt ist, und

e) der Klemmstufe im Videohauptkanal eine Stufe für die Schwarzwertbegrenzung, eine Stufe für die Weißwertbegrenzung des ΒΑ-Signals sowie eine Stufe für die Synchronimpulszumischung zum ΒΑ-Signal nachgeschaltet ist.

Durch diese Regelung auf einen konstanten Spitzenweißwert aus der Dominante bei gleichzeitiger Festklemmung des Spitzenschwarzwertes ist erreicht, daß jedes Röntgenbild mit seinem im Hinblick auf den linearen Aussteuerungsbereich des Verstärkerzuges maximalen Kontrast ohne Übersteuerung wiedergegeben wird. Darüber hinaus ist durch die aus der deutschen Auslegeschrift 1172 300 an sich bekannte Anordnung 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 treten würde, vermieden ist.

Die Größe der Signalmodulation ist abhängig von der Größe des Röntgenbildkontrastes, die bei einem bestimmten Objekt von der Höhe der Röhrenspannung bestimmt wird. Bei der Festklemmung des Schwarzwertes ist die Größe der Signalmodulation darüber hinaus auch von der Helligkeit des Röntgenbildes, also von der Röntgendosisleistung, abhängig. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden daher zur Konstanthaltung der Signalmodulation 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 der genannten Grenzen wird die Regelung über den Verstärkungsgrad des Videohauptverstärkers vorgenommen. Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Steuervorrichtung vorzusehen, die aus der Regelspannung und einer konstanten Vergleichsspannung eine Differenzspannung bildet und die die Röntgenröhrenspannung und/oder den Röntgenröhrenstrom mit Hilfe einer Einstellvorrichtung entsprechend der Höhe der Differenzspannung zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert der Dosisleistung der Röntgenröhre beeinflußt, wobei die Einstellvorrichtung Mittel zum Betätigen eines Umschalters besitzt, der beim Erreichen der Grenzwerte die Regelspannung dem Videohauptverstärker mit von der Höhe der Regelspannung abhängig veränderbarem Verstärkungsgrad zuführt. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Signaldiagramm, wie es sich bei ausschließlicher Anwendung einer automatischen Verstärkungsregelung im Videokanal ergibt,

F i g. 2 das Signaldiagramm mit automatischer Verstärkungs- und Kontrastregelung,

F i g. 3 das Blockschaltbild der gesamten Röntgenfernseheinrichtung,

F i g. 4 die Stufe für die Erzeugung der elektrischen Steuergröße zur Schwarzwertsteuerung der Klemmstufe.

In F i g. 1 ist V der lineare Aussteuerungsbereich des Videoverstärkers für das ΒΑ-Signal. Unterhalb der Null-Linie sind die Zeilenimpulse J angedeutet. K ist die Signalamplitude und G der Gleichlichtanteil. Mit D_z ist der Ausschnitt aus einer einzelnen Zeile bezeichnet, während dessen Dauer auf die im folgenden beschriebene Weise die Steuerspannung gewonnen wird. In Fig. la ist das in der Bildaufnahmeröhre erzeugte und mit Synchronimpulsen versehene Gesamtsignal (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 Fig. Id das Signal nach dem Hinzufügen der Synchronimpulse dargestellt ist. Aus diesem Signaldiagramm ist zu entnehmen, daß ein großer Teil des linearen Aussteuerungsbereichs des Videoverstärkers zur Übertragung des Gleichlichtanteils G dient, der keine für die Diagnose nützliche Information enthält.

In F i g. 2 ist ein Signal gleichen Inhalts, jedoch mit automatischer Kontrastregelung dargestellt. Fig. 2a zeigt wieder das BAS-Signal einer Zeile vor der Verstärkung, während in Fig. 2b das ΒΑ-Signal dargestellt ist. Durch die Verstärkung dieses Signals und die gleichzeitige Klemmung des Verstärkers auf den Spitzenschwarzwert ist - wie F i g. 2c zeigt - praktisch der gesamte lineare Aussteuerungsbereich des Verstärkers zur Verstärkung des die Information enthaltenden Signalanteils K im Dominantenbereich D_z ausgenutzt. Nachdem der nunmehr über die Null-Linie hinausgehende Gleichlichtanteil G durch eine Schwarzwertbegrenzerstufe abgeschnitten ist, ergibt sich ein ΒΑ-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 erzeugten BA-Signals auf den Spitzenschwarzwert während der Dauer der Horizontalaustastlücken, der Schwarzwertbegrenzungsstufe 5, der Weißwertbegrenzungsstufe 6, der Stufe 7 für die Synchronimpulszumischung sowie dem Bildwiedergabegerät 8, in dessen Bildbereich die Dominante D angedeutet ist.

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 Zeilenausschnitts D_z und einer bestimmten, auch gegebenenfalls wählbaren Anzahl von Zeilen wirksam sind, der Stufe 11, die mit noch zu beschreibenden Mitteln das ΒΑ-Signal auf den innerhalb der Dominante auftretenden Spitzenschwarzwert klemmt, der Stufe 12, die eine von den Dominantenimpulsen in der Weise gesteuerte Torschaltung enthält, daß sie das von der Stufe 11 kommende ΒΑ-Signal nur während des Auftretens der Dominantenimpulse durchläßt, der Stufe 13, die eine den Spitzenwerten des während der Dominantenimpulse auftretenden ΒΑ-Signals entsprechende Regelspannung für die automatische Verstärkerregelung erzeugt, sowie der Stufe 14, die einen

ίο Verstärker für die Regelspannung enthält.

Das von der Stufe 11 auf den innerhalb der Dominante auftretenden Spitzenschwarzwert geklemmte B Α-Signal wird einer weiteren Torschaltung 15 zugeführt, die von den Horizontalimpulsen der Stufe 10 derart gesteuert ist, daß sie das ΒΑ-Signal nur während der Horizontal-Austastlücken durchläßt und als Steuerpotential der Klemmstufe 4 im Videohauptkanal für die getastete Klemmung des ΒΑ-Signals auf den Spitzenschwarzwert zuführt. Die am Ausgang der Verstärkerstufe 14 auftretende Regelspannung ist über einen Umschalter 6 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 Differenzspannung wird die motorische Einstellvorrichtung 18 in der einen oder anderen Richtung betätigt und verändert damit über einen Einstelltransformator die . Primärspannung des Röntgengenerators 19 und damit die Strahlenhärte der von der Röntgenröhre 20 ausgehenden Röntgenstrahlung, d.h. den Charakter des vom Aufnahmeobjekt 21 über den Bildverstärker 1 an der Fernsehkamera 2 erscheinenden Röntgenbildes so lange, 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 ΒΑ-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 eine 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 Röntgenröhrenleistung bestimmt. Beim Anstoßen an eine dieser Grenzen wird durch die schematisch angedeutete mechanische Verbindung zur Einstellvorrichtung 18 der Umschalter in die andere Schaltstellung gebracht, so daß das von der Verstärkerstufe 14 erzeugte Steuersignal nunmehr den normalerweise auf einem mittleren Wert befindlichen Verstärkungsgrad des Videohauptverstärkers 3 in der Weise beein- flußt, 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

Claims

Patentansprüche:

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, dadurch 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 Größe 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 (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 BA-Signal entsteht;

d) ein Teil des geklemmten B Α-Signals über einen nur während der Dauer der Horizontalablenkimpulse geöffneten Torschalter (15) in Form von Klemmimpulsen an eine im Videohauptkanal angeordnete Klemmstufe (4) gelangt, die das Videosignal während der Horizontalaustastlücken auf den vom Potential der Klemmimpulse bestimmten Schwarzwert klemmt, und der andere Teil des geklemmten BΑ-Signals einer Stufe (13) zugeführt ist, die durch Spitzenwertgleichrichtung eine dem Spitzenweißwert des innerhalb der Dominante auftretenden ΒΑ-Signals entsprechende, bis zur jeweils folgenden Abtastung der Dominante gespeicherte Regelspannung erzeugt, die dem Regelkreis für die Konstanthaltung des Spitzenweißwertes 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 BA-Signal nachgeschaltet ist.

2. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (17), die aus der Regelspannung und 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, wobei 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 zugeführt.