DE1614150C - Rontgendurchleuchtungseinnchtung mit photoelektrischem Wandler zum Abtasten der Leuchtbildflache zwecks Bestimmung opti maler Werte von Rontgenrohrenspannung und Strom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendurchleuchtiingseinrichtung 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 eines 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.

Wie bekannt, wird bei Röntgenuntersuchungen ein Höchstwert von Informationen angestrebt, die auf Grund eines Leuchtbildes von der inneren Struktur eines durch eine Röntgenröhre durchstrahlten Körperteils gewonnen werden können. Die Güte eines Leuchtbildes ist hauptsächlich durch den Röhrenstrom und die Anodenspannung der Röntgenröhren bestimmt, wobei eine maximale Information durch eine geeignete Einstellung dieser Größen auf optimale Werte erhalten werden kann.

Die Stärke der Strahlung einer Röntgenröhre ist für die Leuchtkraft des Leuchtbildes maßgebend, die ihrerseits dem Röhrenstrom proportional ist. Die Einstellung erfolgt in Abhängigkeit von der Eigenart eines zu untersuchenden Gegenstandes, von der' Brennweite der Röntgenröhre und vom Wirkungsgrad der Einrichtung, in der das Leuchtbild entsteht. Die Einstellung wird so durchgeführt, daß die mittlere Leuchtkraft des Leuchtbildes eine Beobachtung und Auswertung von maximalen und minimalen Helligkeitswerten gestattet. Dabei wird die Gesamtleuchtkraft des Leuchtbildes durch einen Lichtmesser gemessen und der Röhrenstrom so eingestellt, daß die beobachtete Leuchtkraft äußeren Umständen, wie Raumbeleuchtung, entsprechend einen vorbestimmten Wert erreicht. Die Gesamtleuchtkraft kann dabei aber auch ganz unbedeckte oder ganz abgedeckte Teile des Leuchtbildes umfassen, wobei dann der durch den Lichtmesser auf der ganzen Fläche des Leuchtbildes ermittelte Wert dafür kennzeichnend ist, ob wesentliche Informationen zugegen sind oder nicht. Demzufolge können gerade jene Flächenteile des Leuchtbildes, die für die Röntgenuntersuchung einzig und allein interessant sind, im allgemeinen entweder zu hell oder zu schwach beleuchtet sein.

Die Menge von Einzelheiten im eigentlichen Informationsgehalt des Leuchtbildes hängt von der spektralen Energieverteilung der Strahlung ab, weil die Absorptionseffizienten von durchgestrahlten verschiedenen Stoffen nur von der Wellenlänge der verwendeten Strahlung abhängen. Demgemäß wird die Wellenlänge oder die spektrale Energieverteilung der verwendeten Röntgenstrahlen immer im Einklang mit dem untersuchten Gegenstand gewählt, in dem durch die Einstellung der Anodenspannung der Röntgenröhre das Spektrum der Strahlung bestimmt wird. Um die Wahl zu erleichtern, sind Tabellen ausgearbeitet worden, die verschiedenen Fällen und Gegenständen zugeordnete Spannungen enthalten. Wenn der zu untersuchende tatsächliche Gegenstand von seinem Vorbild in der erwähnten Tabelle bezüg-

to lieh der allgemeinen Abmessungen, Größe und Zusammensetzung wesentlich abweicht, was der allgemeine Fall ist, hängt es von der Geschicklichkeit des Radiologen ab, geeignete Werte der Anodenspannung zu ermitteln, um einen maximalen Informationsgehalt zu erhalten.

Es sind bereits verschiedene Einrichtungen bekannt, mittels welcher die Bildgüte von Leuchtbildern erhöht werden soll.

Hierzu wird bei einer bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art jeweils nur die gesamte Helligkeit oder Leuchtkraft des Bildes berücksichtigt, obwohl für die Bildgüte auch die Häufigkeit der Kontrastunterschiede bestimmend ist. Während die Helligkeit oder Leuchtkraft des Bildes vom Röhrenstrom abhängen, hängt die Häufigkeit und Größe der Kontrastunterschiede von der Anodenspannung der Röntgenröhre ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Unzulänglichkeiten zu beseitigen und eine Röntgendurchleuchtungseinrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mittels welcher für den Röhrenstrom und die Anodenspannung optimale Werte selbsttätig oder halbautomatisch ermittelt werden können, wobei lediglich jene Teile eines durch eine Röntgenröhre bewirkten Leuchtbildes bei der Wahl des Röhrenstromes berücksichtigt werden, die einen wesentlichen Informationsgehalt, d. h. Kontrastwechsel oder Kontrastunterschied aufweisen, während die Anodenspannung so eingestellt wird, daß dieser Informationsgehalt möglichst reich an Einzelheiten wird. Die Erfindung geht davon aus, daß die Leuchtkraft eines bestimmten Teils eines Leuchtbildes zum Integral eines elektrischen Signals proportional ist, das von jenem Leuchtbildteil photoelektrisch abgeleitet wird. Wenn elektrische Signale dieser Art nur dann integriert werden, wenn sie Teilen mit wesentlichem Informationsgehalt des Leuchtbildes entstammen, wird der integrierte Wert für die Gesamtleuchtkraft lediglich dieses Bildteils kennzeichnend sein.

Andererseits ist festgestellt worden und kann gezeigt werden, daß die Anzahl von Einzelheiten im Informationsgehalt dem Effektivwert des abgeleiteten elektrischen Signals proportional ist, wobei die Anodenspannung der Röntgenröhre so eingestellt werden soll, daß ein Maximum des effektiven Wertes erreicht wird. Die abgeleiteten elektrischen Signale werden entsprechend verstärkt, und der erwähnte Effektivwert wird durch Zuführung der verstärkten elektrischen Signale in eine Einheit gebildet, die geeignet ist, den Effektivwert von veränderlichen elektrischen Signalen zu bilden. Eine Einheit dieser Art ist z. B. ein Gleichrichter.

Teile des Leuchtbildes ohne bzw. Teile mit wesentlichem Informationsgehalt können durch Anwendung eines Hochpaßfilters unterschieden werden, dessen Durchlaßvermögen mit der Frequenz zunimmt. Filter dieser Art lassen nur Frequenzen durch, die höher sind als ein bestimmter Wert, so daß langsame Ände-

rungen des elektrischen Signals oder unveränderliche Signale die Einheit für die Bildung des effektiven Wertes der vom Leuchtbild abgeleiteten elektrischen Signale nicht erreichen können. Je reicher andererseits das Bild an Einzelheiten, um so größer ist die Frequenz und damit die Verstärkung.

Demgemäß besteht die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe darin, daß bei einer Röntgendurchleuchtungseinrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß der Verstärker eine mit zunehmender Frequenz des zu verstärkenden Signals ansteigende Verstärkungscharakteristik aufweist, daß mit dem Ausgang des Verstärkers ein den Effektivwert des Verstärkungssignals liefernder Gleichrichter und mit dessen Ausgang ein Anzeigeinstrument und/oder Steuereinrichtungen zum Bestimmen der optimalen Röntgenröhrenspannung verbunden sind, daß ferner die Torschaltung schaltungsmäßig zwischen dem photoelektrischen Wandler und dem Integrator liegt und von einem Impulsgenerator angesteuert wird, dessen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist, so daß nur solche Teile des Abtastsignals, die höhere Frequenzanteile enthalten, über die Torschaltung zum Integrator gelangen und daß mit dem Ausgang des Integrators ein Anzeigeinstrument und/oder Steuereinrichtungen zum Bestimmen des optimalen Röntgenröhrenstromes verbunden sind.

Im folgenden wird gezeigt, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung den Röhrenstrom und die Anodenspannung gerade in der gewünschten Weise einstellt und somit für die Röntgenuntersuchung bzw. Auswertung günstigste Verhältnisse, d. h. einen sehr hohen Informationsgehalt des Bildes, schafft.

Das durch die einen bestimmten Teil des Leuchtbildes abtastende signalbildende Einheit abgeleitete elektrische Signal ist nämlich entweder konstant, .was vollständig bedeckten oder unbedeckten Flächenteilen des Leuchtbildes entspricht, oder zeigt Änderungen, die durch informative Flächenteile des Leuchtbildes bedingt sind und eine mehr oder weniger oft eintretende Änderung in der Amplitude des abgeleiteten elektrischen Signals bedeuten. Da die impulsbildende Einheit über den höheren Frequenzen des elektrischen Signals bevorzugt übertragenden Verstärker angesteuert wird, werden Impulse nur dann gebildet, wenn die zugeführten elektrischen Signale Änderungen zeigen, die ihrerseits dem Vorhandensein von wesentlichen Informationen entsprechen. Auf diese Weise wird die Toreinheit durch die impulsbildende Einheit nur dann geöffnet, wenn eine wesentliche Information enthaltendes elektrisches Signal erhalten wird, so daß durch die Integriereinheit nur solche elektrischen Signale integriert werden, die von Flächenteilen des Leuchtbildes mit wesentlichem Informationsgehalt abgeleitet worden sind. Die optimale Leuchtkraft des Leuchtbildes wird demnach entsprechend der Gesamtleuchtkraft von informationshaltigen Flächenteilen des Leuchtbildes ein- gestellt, was eben ein Zweck der Erfindung ist.

Die vom Leuchtbild abgeleiteten elektrischen Signale werden auch dem Verstärker mit einem mit der Frequenz zunehmenden Durchlaßvermögen zugeführt, so daß bei einer größeren Anzahl von Einzel- heiten eine höhere Frequenz und somit ein stärkeres Ausgangssignal am Ausgang der Verstärkereinheit erhalten wird. Dies bedeutet, daß auch am Ausgang der Gleichrichtereinheit zum Bilden des Effektivwertes der zugeführten elektrischen Signale ein Wert erhalten wird, der um so größer ist, je größer die Anzahl der Einzelheiten im Informationsgehalt des abgetasteten Flächenteiles des Leuchtbildes. Durch Ändern der Anodenspannung der Röntgenröhre kann somit die einem Höchstgehalt an Informationen zugeordnete Anodenspannung der Röntgenröhre leicht ermittelt werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die das Blockdiagramm einer als Beispiel dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung darstellt.

Die Zeichnung zeigt eine Röngtenröhre 1, mittels deren ein Leuchtbild 2 mit interessierendem Bildbereich 2 α von wesentlichem Informationsgehalt und mit gänzlich bedeckten oder unbedeckten Flächenteilen 2 b erzeugt wird. Eine signalbildende Einheit 3, z. B. eine Photozelle oder der Abtaststrahl einer Bildaufnahmeröhre, ist zum Abtasten des Leuchtbildes 2 vorgesehen, wobei durch die Abtastung ein elektrisches Signal erzeugt wird. Der Ausgang der signalbildenden Einheit 3 verzweigt sich. Ein Zweig ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Toreinheit 5 mit einer Integriereinheit 6 verbunden. Ein anderer Zweig führt über eine Verstärkereinheit 7 zum Eingang einer .Gleichrichtereinheit 8 der effektivwertbildenden Art.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Verstärkereinheit 7 aus einem linearen Verstärker 11 und einem Hochpaßfilter 12, d. h. einem Filter, dessen Durchlaßvermögen mit der Frequenz zunimmt. Die Toreinheit 5 ist durch eine impulsbildende Einheit 10 gesteuert, die über die Verstärkereinheit 7 ebenfalls mit der signalbildenden Einheit 3 verbunden ist, so daß sie die verstärkten und gefilterten elektrischen Signale erhält.

Die Bezugszeichen 14 bzw. 15 bezeichnen Anzeigeinstrumente, die mit den Ausgängen der Integriereinheit 6 bzw. der Gleichrichtereinheit 8 verbunden sind.

Der Ausgang der Integriereinheit 6 ist mit einer Steuereinheit 17 verbunden, die zwischen einem Stromgenerator 18 und der Kathode der Röntgenröhre 1 liegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Steuereinheit 17 aus einem Stromregler, z. B. einem Potentiometer 19 und aus einem an sich bekannten Meßstellenumschalter 20.

In gleicher Weise ist der Ausgang der Gleichrichtereinheit 8 über eine an sich bekannte Maximalwertverfolger-Schaltung 21 mit einer Steuereinheit 22 verbunden, die ihrerseits zwischen einem Spannungsgenerator 23 und der Antikathode der Röntgenröhre 1 liegt. Die Steuereinheit 22 besteht wiederum aus einem Spannungsregler, z. B. einem Potentio meter 25 und einem Meßstellenumschalter 26.

Die dargestellte beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung arbeitet wie folgt:

Die Röntgenröhre 1 bewirkt in bekannter Weise ein Leuchtbild 2, das durch die signalbildende Einheit 3 abgetastet wird. Das abgeleitete elektrische Signal zeigt häufige Änderungen, da im interessierenden Bildbereich 2 α gemäß den verschiedenen Einzelheiten eine hohe Anzahl von unterschiedlichen Leuchtkräften vorkommt. Das veränderliche elektrische Signal wird einerseits der Toreinheit 5 und andererseits der Verstärkereinheit 7 zugeführt.

Signalspannungen, deren Frequenz höher ist als

der Schwellenwert des Hochpaßfilters 12, werden verstärkt und der iinpulsbildenden 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 Leuchtbildcs 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 erhallen, wenn der abgetastete Flächenteil reich an Informationen ist. Das integrierte Signal selbst ist für den Röhrenstrom kennzeichnend, durch den die Gesamtleuchtkraft des abgetasteten Flächenteils, z. B. des interessierenden Bildbereichs la, des Leuchtbildes 2 bedingt ist.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel, wo die Integricreinheit 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 Rölirenstromes 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 15 und andererseits der Maximalwertverfolger-Sclialtung 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 . zugefiiliite Anodenspannung werden demnach so eingestellt, daß der Effektivwert der Signalspannung einen Höchstwert erreicht. Dies bedeutet, daß ein Höchstgehalt an Einzelheiten in dem interessierenden Bildbereich la des Leuchtbildes 2 vorhanden ist. Gleichzeitig zeigt das Anzeigeinstrument 15 einen maximalen Ausschlag des Instrumentenzeigers. Die Anodeiispaniuing 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 Maximalwertverfolger-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 erfindungsgcmäß ausgebildete Einrichtung könnte auch ohne Verwendung der Steuereinheiten 17 und 22 bzw. der Maximalwertverfolgcr-Schaitung 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

ίο Einzelheiten im interessierenden Bildbereich la 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 (2)

1. Patentansprüche:

   .1. Röntgendurclileuchtungseinrichtung mit einer Röntgenröhre und einer elektrischen Versorgungsschallung, 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 ablastet 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 eines einem bestimmten Teil der abgetasteten Bildfläche entsprechenden Teils der der Bestimmung der Durchleuchtungsparameter zugrunde gelegten elektrisehen Signalgröße und Vorrichtungen zum Bestimmen der optimalen Werte von Röhrenspannung und -strom umfaßt, dadurch gekenn- 7. e i c h net. 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. 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 109 687/169