DE1614150B1

DE1614150B1 - Roentgendurchleuchtungseinrichtung/ mit photoelektrischem wandler zum abtasten der leuchtbildflaeche zwecks bestim mung optimaler werte von roentgenroehrenspannung und strom

Info

Publication number: DE1614150B1
Application number: DE1967M0073378
Authority: DE
Inventors: Laszlo Batki; Sandor Dipl-Ing Brandelik
Original assignee: Medicor Muvek
Current assignee: Medicor Muvek
Priority date: 1966-04-07
Filing date: 1967-03-30
Publication date: 1971-07-15
Also published as: GB1173967A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Röntgendurchleueh- wendeten Röntgenstrahlen immer im Einklang mit tungseinrichtung mit einer Röntgenröhre und einer dem untersuchten Gegenstand gewählt, in dem durch elektrischen Versorgungsschaltung, an der Röhren- die Einstellung der Anodenspannung der Röntgenspannung und -strom einstellbar sind, mit einer Ein- röhre das Spektrum der Strahlung bestimmt wird, richtung zum Erzeugen eines Leuchtbildes durch die 5 Um die Wahl zu erleichtern, sind Tabellen ausvon der Röhre ausgehende, einen durchleuchteten gearbeitet worden, die verschiedenen Fällen und Körper durchdringende Röntgenstrahlung, mit einem Gegenständen zugeordnete Spannungen enthalten, photoelektrischen Wandler, der die Fläche des Wenn der zu untersuchende tatsächliche Gegenstand Leuchtbildes in zeitlicher Folge abtastet und der ein von seinem Vorbild in der erwähnten Tabelle bezügvon der Helh'gkeitsverteüung in der abgetasteten io lieh der allgemeinen Abmessungen, Größe und Zu-Leuchtbildfläche abhängiges elektrisches Signal He- sammensetzung wesentlich abweicht, was der allfert, mit einem mit dem Ausgang des photoelektri- gemeine Fall ist, Mngt es von der Geschicklichkeit sehen Wandlers verbundenen Verstärker, sowie mit des Radiologen: ab, geeignete Werte der Anodenspaneiner Schalteinrichtung zum Ermitteln von optimalen nung zu ermitteln, um einen maximalen Informations-Werten der Durchleuchtungsparameter Röhrenspan- i₅ gehalt zu erhalten.

nung und Röhrenstrom, die einen dem Wandler nach- Es sind bereits verschiedene Einrichtungen begeschalteten Integrator zum Ermitteln des der Hellig- kannt, mittels welcher die Bildgüte von Leuchtbildern keit der abgetasteten Fläche entsprechenden Zeit- erhöht werden soll.

integrals des elektrischen Signals,, eine durch Impulse Hierzu wird bei einer bekannten Einrichtung der aufsteuerbare, mit dem Integrator in Reihe geschal- ₂o eingangs genannten Art jeweils nur die gesamte HeI-tete Torschaltung zur Auswahl ernes bestimmten Teil ligkeit oder Leuchtkraft des Bildes berücksichtigt, obder abgetasteten Bildfläche entsprechenden Teils der wohl für die Bildgüte auch die Häufigkeit der Konder Bestimmung der Durchleuchtungsparameter zu- trastunterschiede bestimmend ist. Während die HeI-gründe gelegten elektrischen Signalgröße und Vor- ligkeit oder Leuchtkraft des Bildes vom Röhrenstrom richtungen zum Bestimmen der optimalen Werte von 25 abhängen, hängt die Häufigkeit und Größe der Kon-Röhrenspannung und -strom umfaßt. trastunterschiede von der Anodenspannung der Rönt-

Wie bekannt, wird bei Röntgenuntersuchungen ein genröhre ab.

Höchstwert von Informationen angestrebt, die auf Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese

Grund eines Leuchtbildes von der inneren Struktur Unzulänglichkeiten zu beseitigen und eine Röntgen-

eines durch eine Röntgenröhre durchstrahlten Kör- 30 durchleuchtungseinrichtung der eingangs angegebe-

perteils gewonnen werden können. Die Güte eines nen Art zu schaff en, mittels welcher für den Röhren-

Leuchtbildes ist hauptsächlich durch den Röhren- strom und die Anodenspannung optimale Werte

strom und die Anodenspannung der Röntgenröhren selbsttätig oder halbautomatisch ermittelt werden

bestimmt, wobei eine maximale Information durch können, wobei lediglich jene Teile ernes durch eine

eine geeignete Einstellung dieser Größen auf opti- 35 Röntgenröhre bewirkten Leuchtbildes bei der Wahl

male Werte erhalten werden kann. des Röhrenstromes berücksichtigt werden, die einen

Die Stärke der Strahlung einer Röntgenröhre ist wesentlichen Informationsgehalt, d. h. Konirastwechfür die Leuchtkraft des Leuchtbildes maßgebend, die sei oder Kontrastunterschied aufweisen, während die ihrerseits dem Röhrenstrom proportional ist. Die Ein- Anodenspannung so eingestellt wird, daß dieser Instellung erfolgt in Abhängigkeit von der Eigenart 40 formationsgehalt möglichst reich an Einzelheiten eines zu untersuchenden Gegenstandes, von der wird. Die Erfindung geht davon aus, daß die Leucht-Brennweite der Röntgenröhre und vom Wirkungs- kraft eines bestimmten Teils eines Leuchtbildes zum grad der Einrichtung, in der das Leuchtbild entsteht. Integral eines elektrischen Signals proportional ist, Die Einstellung wird so durchgeführt, daß die mitt- das von jenem Leuchtbildteil photoelektrisch abgeleilere Leuchtkraft des Leuchtbildes eine Beobachtung 45 tet wird. Wenn elektrische Signale dieser Art nur und Auswertung von maximalen und minimalen HeI- dann integriert werden, wenn sie Teilen mit wesentligkeitswerten gestattet. Dabei wird die Gesamtleucht- lichem Informationsgehalt des Leuchtbildes entstamkraft des Leuchtbildes durch einen Lichtmesser ge- men, wird der integrierte Wert für die Gesamtleuchtmessen und der Röhrenstrom so eingestellt, daß die kraft lediglich dieses Bildteils kennzeichnend sein, beobachtete Leuchtkraft äußeren Umständen, wie 50 Andererseits ist festgestellt worden und kann gezeigt Raumbeleuchtung, entsprechend einen vorbestimm- werden, daß die Anzahl von Einzelheiten im Inforten Wert erreicht. Die Gesamtleuchtkraft kann dabei mationsgehalt dem Effektivwert des abgeleiteten elekaber auch ganz unbedeckte oder ganz abgedeckte irischen Signals proportional ist, wobei die Anoden-Teile des Leuchtbildes umfassen, wobei dann der spannung der Röntgenröhre so eingestellt werden durch den Lichtmesser auf der ganzen Fläche des 55 soll, daß ein Maximum des effektiven Wertes erreicht Leuchtbildes ermittelte Wert dafür kennzeichnend ist, wird. Die abgeleiteten elektrischen Signale werden ob wesentliche Informationen zugegen sind oder entsprechend verstärkt, und der erwähnte Effektivnicht Demzufolge können gerade jene Flächenteile wert wird durch Zuführung der verstärkten elektrides Leuchtbildes, die für die Röntgenuntersuchüng sehen Signale in eine Einheit gebildet, die geeignet einzig und allein interessant sind, im allgemeinen ent- 60 ist, den Effektivwert von veränderlichen elektrischen weder zu hell oder zu schwach beleuchtet sein. Signalen zu bilden. Eine Einheit dieser Art ist z. B,

Die Menge von Einzelheiten im eigentlichen Inf or- ein Gleichrichter.

mationsgehalt des Leuchtbildes hängt von der spek- Teile des Leuchtbildes ohne bzw. Teile mit wesent-

tralen Energieverteilung der Strahlung ab, weil die lichem Informationsgehalt können durch Anwendung

Absorptionseffizienten von durchgestrahlten verschie- 65 eines Hochpaßfilters unterschieden werden, dessen

denen Stoffen nur von der Wellenlänge der verwen- Durchlaßvennögen mit der Frequenz zunimmt. Filter

deten Strahlung abhängen. Demgemäß wird die WeI- dieser Art lassen nur Frequenzen durch, die höher

lenlänge oder die spektrale Energieverteilung der ver- sind als ein bestimmter Wert, so daß langsame Ände-

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rangen des elektrischen Signals oder unveränderliche Gleichrichtereinheit zum Bilden des Effektivwertes

Signale die Einheit für die Bildung des effektiven der zugeführten elektrischen Signale ein Wert erhal-

Wertes der vom Leuchtbild abgeleiteten elektrischen ten wird, der um so größer ist, je größer die Anzahl

Signale nicht erreichen können. Je reicher anderer- der Einzelheiten im Informationsgehalt des abgetaste-

seits das Bild an Einzelheiten, um so größer ist die 5 ten Flächenteiles des Leuchtbildes. Durch Ändern

Frequenz und damit die Verstärkung. der Anodenspannung der Röntgenröhre kann somit

Demgemäß besteht die Lösung der der Erfindung die einem Höchstgehalt an Informationen zugeord-

zugrunde liegenden Aufgabe darin, daß bei einer nete Anodenspannung der Röntgenröhre leicht ermit-

Röntgendurchleuchtungseinrichtung der eingangs an- telt werden.

gegebenen Art erfindungsgemäß der Verstärker eine io Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher mit zunehmender Frequenz des zu verstärkenden erläutert, die das Blockdiagramm einer als Beispiel Signals ansteigende Verstärkungscharakteristik auf- dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäß weist, daß mit dem Ausgang des Verstärkers ein ausgebildeten Einrichtung darstellt,
den Effektivwert des Verstärkungssignals liefernder Die Zeichnung zeigt eine Röngtenröhre 1, mittels Gleichrichter und mit dessen Ausgang ein Anzeige- 15 deren ein Leuchtbild 2 mit interessierendem Bildinstrument und/oder Steuereinrichtungen zum Be- bereich 2 α von wesentlichem Informationsgehalt und stimmen der optimalen Röntgenröhrenspannung ver- mit gänzlich bedeckten oder unbedeckten Flächenbunden sind, daß ferner die Torschaltung schaltungs- teilen 2 b erzeugt wird. Eine signalbildende Einheit 3, mäßig zwischen dem photoelektrischen Wandler und z. B. eine Photozelle oder der Abtaststrahl einer BiIddem Integrator liegt und von einem Impulsgenerator 20 aufnahmeröhre, ist zum Abtasten des Leuchtbildes 2 angesteuert wird, dessen Eingang mit dem Ausgang vorgesehen, wobei durch die Abtastung ein elektrides Verstärkers verbunden ist, so daß nur solche Teile sches Signal erzeugt wird. Der Ausgang der signaldes Abtastsignals, die höhere Frequenzanteile enthal- bildenden Einheit 3 verzweigt sich. Ein Zweig ist ten, über die Torschaltung zum Integrator gelangen beim dargestellten Ausführungsbeispiel über eine und daß mit dem Ausgang des Integrators ein An- 25 Toreinheit 5 mit einer Integriereinheit 6 verbunden, zeigeinstrument und/oder Steuereinrichtungen zum Ein anderer Zweig führt über eine Verstärkerein-Bestimmen des optimalen Röntgenröhrenstromes ver- heit 7 zum Eingang einer Gleichrichtereinheit 8 der bunden sind. eff ektivwertbildenden Art.

Im folgenden wird gezeigt, daß die erfindungs- Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die

gemäß ausgebildete Einrichtung den Röhrenstrom 30 Verstärkereinheit 7 aus einem linearen Verstärker 11

und die Anodenspannung gerade in der gewünschten und einem Hochpaßfilter 12, d. h. einem Filter, des-

Weise einstellt und somit für die RÖntgenunter- sen Durchlaßvermögen mit der Frequenz zunimmt,

suchung bzw. Auswertung günstigste Verhältnisse, Die Toreinheit 5 ist durch eine impulsbildende Ein-

d. h. einen sehr hohen Informationsgehalt des Bildes, heit 10 gesteuert, die über die Verstärkereinheit 7

schafft. 35 ebenfalls mit der signalbildenden Einheit 3 verbun-

Das durch die einen bestimmten Teil des Leucht- den ist, so daß sie die verstärkten und gefilterten

bildes abtastende signalbildende Einheit abgeleitete elektrischen Signale erhält.

elektrische Signal ist nämlich entweder konstant, was Die Bezugszeichen 14 bzw. 15 bezeichnen Anzeigevollständig bedeckten oder unbedeckten Flächen- instrumente, die mit den Ausgängen der Integrierteilen des Leuchtbildes entspricht, oder zeigt Ände- 40 einheit 6 bzw. der Gleichrichtereinheit 8 verbunden rungen, die durch informative Flächenteile des sind.

Leuchtbildes bedingt sind und eine mehr oder weni- Der Ausgang der Integriereinheit 6 ist mit einer ger oft eintretende Änderung in der Amplitude des Steuereinheit 17 verbunden, die zwischen einem abgeleiteten elektrischen Signals bedeuten. Da die Stromgenerator 18 und der Kathode der Röntgenimpulsbildende Einheit über den höheren Frequenzen 45 röhre 1 liegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel des elektrischen Signals bevorzugt übertragenden besteht die Steuereinheit 17 aus einem Stromregler, Verstärker angesteuert wird, werden Impulse nur z. B. einem Potentiometer 19 und aus einem an sich dann gebildet, wenn die zugeführten elektrischen bekannten Meßstellenumschalter 20.
Signale Änderungen zeigen, die ihrerseits dem Vor- In gleicher Weise ist der Ausgang der Gleichrichhandensein von wesentlichen Informationen entspre- 50 tereinheit 8 über eine an sich bekannte Maximalwertchen. Auf diese Weise wird die Toreinheit durch die verfolger-Schaltung 21 mit einer Steuereinheit 22 verimpulsbildende Einheit nur dann geöffnet, wenn eine bunden, die ihrerseits zwischen einem Spannungswesentliche Information enthaltendes elektrisches generator 23 und der Antikathode der Röntgen-Signal erhalten wird, so daß durch die Integriereinheit röhre 1 liegt. Die Steuereinheit 22 besteht wiederum nur solche elektrischen Signale integriert werden, die 55 aus einem Spannungsregler, z. B. einem Potentiovon Flächenteilen des Leuchtbildes mit wesentlichem meter 25 und einem Meßstellenumschalter 26.
Informationsgehalt abgeleitet worden sind. Die opti- Die dargestellte beispielsweise Ausführungsform male Leuchtkraft des Leuchtbildes wird demnach der erfindungsgemäßen Einrichtung arbeitet wie folgt: entsprechend der Gesamtleuchtkraft von informa- Die Röntgenröhre 1 bewirkt in bekannter Weise ein tionshaltigen Flächenteilen des Leuchtbildes ein- 60 Leuchtbild 2, das durch die signalbildende Einheit 3 gestellt, was eben ein Zweck der Erfindung ist. abgetastet wird. Das abgeleitete elektrische Signal

Die vom Leuchtbild abgeleiteten elektrischen Si- zeigt häufige Änderungen, da im interessierenden gnale werden auch dem Verstärker mit einem mit Bildbereich 2 α gemäß den verschiedenen Einzelheider Frequenz zunehmenden Durchlaßvermögen zu- ten eine hohe Anzahl von unterschiedlichen Leuchtgeführt, so daß bei einer größeren Anzahl von Einzel- 65 kräften vorkommt. Das veränderliche elektrische Siheiten eine höhere Frequenz und somit ein stärkeres gnal wird einerseits der Toreinheit 5 und andererseits Ausgangssignal am Ausgang der Verstärkereinheit er- der Verstärkereinheit 7 zugeführt,
halten wird. Dies bedeutet, daß auch am Ausgang der Signalspannungen, deren Frequenz höher ist als

der Schwellenwert des Hochpaßfilters 12, werden verstärkt und der impulsbildenden Einheit 10 zugeleitet, in der sie zu Impulsen umgeformt werden, die dann die Toreinheit 5 öffnen. Bei gänzlich bedeckten oder unbedeckten Flächenteilen 2 b des Leuchtbildes oder bei einem Informationsgehalt mit nur einer geringen Anzahl von Einzelheiten ist die Frequenz des abgeleiteten elektrischen Signals zu niedrig um über das Hochpaßfilter 12 zu gehen. Die Toreinheit 5 wird daher nur dann geöffnet, die Integriereinheit 6 nur dann betätigt und ein' für die Leuchtkraft des abgetasteten Flächenteils des Leuchtbildes 2 kennzeichnendes integriertes elektrisches Signal nur dann erhalten, wenn der abgetastete Flächenteil reich an Informationen ist Das integrierte Signal selbst ist für den Röhrenstrom keimzeichnend, durch den die Gesamtleuchtkraft des abgetasteten Flächenteils, z. B. des interessierenden Bildbereichs 2 a, des Leuchtbildes 2 bedingt ist.

Beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel, wo die Integriereinheit 6 mit einer Steuereinheit 17 verbunden ist, wird der durch den Stromgenerator 18 gelieferte Strom durch die Steuereinheit 17 so lange geändert, bis ein optimaler Wert erreicht ist. Somit gestattet die erfindungsgemäße Einrichtung eine ständige und selbsttätige Einstellung des Röhrenstromes auf diese Werte.

Das verstärkte elektrische Signal von höherer Frequenz, das am Ausgang der Verstärkereinheit 7 erscheint, wird auch der Gleichrichtereinheit 8 zugeführt, um den Effektivwert des verstärkten Signals zu bilden. Das entsprechend gleichgerichtete Signal wird einerseits dem Anzeigeinstrument IS und andererseits der Maximalwertverfolger-Schaltung 21 zugeführt. Die Maximalwertverfolger-Schaltung 21 bildet das Differential des zugeführten Wertes und sucht Stellen von Maximalwerten aus. Die Steuereinheit 22 sowie über diese die der Anode der Röntgenröhre 1 zugeführte Anodenspannung werden demnach so eingestellt, daß der Effektivwert der Signalspannung einen Höchstwert erreicht. Dies bedeutet, daß ein Höchstgehalt an Einzelheiten in dem interessierenden Bildbereich 2 a des Leuchtbildes 2 vorhanden ist. Gleichzeitig zeigt das Anzeigeinstrument 15 einen maximalen Ausschlag des Instrumentenzeigers. Die Anodenspannung wird demnach ständig und selbsttätig auf einen Wert eingestellt, der einem Höchstgehalt an Informationen entspricht. Je höher die Frequenz des durch die signalbildende Einheit gelieferten elektrischen Signals, um so größer die Amplitude des Ausgangssignals der Verstärkereinheit 7 und somit um so höher der durch die Gleichrichtereinheit 8 gelieferte Effektivwert dieses Signals. Solange sich der Effektivwert ändert, wird die Steuereinheit 22 durch die Maximalwertverfolger-Schaltung 21 betätigt, wodurch auch die Anodenspannung geändert wird. Wenn aber die Maxhnalwertverfolger-Schaltung 21 einen Nullwert des Differentials des Effektivwertes ermittelt, die einem Maximum des Effektivwertes zugeordnet ist, wird die Steuereinheit 22 stehenbleiben bzw. um den mit größtem Informationsgehalt verbundenen Spannungswert spielen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung könnte auch ohne Verwendung der Steuereinheiten 17 und 22 bzw. der Maximalwertverfolger-Schaltung 21 zum Ermitteln von optimalen Werten für Röhrenstrom und Anodenspannung dienen. In diesem Fall erfolgt die Ermittlung der optimalen Werte über die Anzeigeinstrumente 14 und 15. Der Röhrenstrom wird hierzu in an sich bekannter Weise so lange geändert, bis das Anzeigeinstrument 14 einen vorbestimmten oder gewünschten Wert anzeigt, der verschiedenen Beleuchtungsbedingungen der Umgebung zugeordnet sein kann. In gleicher Weise wird die Anodenspannung, wie ebenfalls an sich bekannt, solange geändert, bis das Anzeigeinstrument 15 ein Maximum des Effektivwertes des für die Anzahl der Einzelheiten im interessierenden Bildbereich 2 α des Leuchtbildes 2 kennzeichnenden elektrischen Signals anzeigt.

Im obigen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden, bei welchem die Verstärkereinheit 7 aus einem spezialen Hochpaßfilter 12 und einem linearen Verstärker 11 bestand. Es ist leicht einzusehen, daß auch andere Mittel verwendet werden können, die geeignet sind, unveränderliche oder kaum veränderliche elektrische Signale zurückzuhalten bzw. Signale um so mehr zu verstärken, je höher die Frequenz ihrer Änderungen ist.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die impulsbildende Einheit 10 durch das Ausgangssignal der Verstärkereinheit 7 gespeist. Dies ist vorteilhaft, weil einerseits für die Gesamtanordnung eine einzige Verstärkereinheit genügt und andererseits, weil die impulsbildende Einheit 10 durch bereits selektierte Signale gespeist werden kann.

Die Meßstellenumschalter 20 und 26 dienen in an sich bekannter Weise zum Auswählen der Bereiche von Röhrenstrom und Anodenspannung in Abhängigkeit von äußeren Umständen, z. B. von den Daten der Röntgenröhre und der Eigenschaften des Stromgenerators 18 bzw. des Spannungsgenerators 23.

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgendurchleuchtungseinrichtung mit einer Röntgenröhre und einer elektrischen Versorgungsschaltung, an der Röhrenspannung und -strom einstellbar sind, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Leuchtbildes durch die von der Röhre ausgehende, einen durchleuchteten Körper durchdringende Röntgenstrahlung, mit einem photoelektrischen Wandler, der die Fläche des Leuchtbildes in zeitlicher Folge abtastet und der ein von der Helligkeitsverteilung in der abgetasteten Leuchtbildfläche abhängiges elektrisches Signal liefert, mit einem mit dem Ausgang des photoelektrischen Wandlers verbundenen Verstärker, sowie mit einer Schalteinrichtung zum Ermitteln von optimalen Werten der Durchleuchtungsparameter Röhrenspannung und Röhrenstrom, die einen dem Wandler nachgeschalteten Integrator zum Ermitteln des der Helligkeit der abgetasteten Fläche entsprechenden Zeitintegrals des elektrischen Signals, eine durch Impulse aufsteuerbare, mit dem Integrator in Reihe geschaltete Torschaltung zur Auswahl ernes einem bestimmten Teil der abgetasteten Bildfläche entsprechenden Teils der der Bestimmung der Durchleuchtungsparameter zugrunde gelegten elektrischen Signalgröße und Vorrichtungen zum Bestimmen der optimalen Werte von Röhrenspannung und-strom umfaßt, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Verstärker (7) eine mit zu-

nehmender Frequenz des zu verstärkenden Signals ansteigende Verstärkungscharakteristik aufweist, daß mit dem Ausgang des Verstärkers (7) ein den Effektivwert des verstärkten Signals liefernder Gleichrichter (8) und mit dessen Ausgang ein Anzeigeinstrument (15) und/oder Steuereinrichtungen (21,22) zum Bestimmen der optimalen Röntgenröhrenspannung verbunden sind, daß ferner die Torschaltung (5) schaltungsmäßig zwischen dem photoelektrischen Wandler (3) und dem Integrator (6) liegt und von einem Impulsgenerator (10) angesteuert wird, dessen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers (7) verbunden ist, so daß nur solche Teile des Abtastsignals, die höhere Frequenzanteile enthalten, über die Torschaltung (5) zum Integrator (6) gelangen und daß mit dem Ausgang des Integrators (6) ein Anzeigeinstrument (14) und/oder Steuereinrichtungen (17) zum Bestimmen des optimalen Röntgenröhrenstromes verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (7) aus einem linearen Verstärker (11) und aus einem Hochpaßfilter (12) besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPV

109529/187