DE19509021C2 - Röntgenuntersuchungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Röntgenuntersuchungs­ geräte, bei denen eine filmnahe Blende bewegt wird, so daß der Film streifenweise belichtet wird, sind bekannt, s. bspw. die DE 32 16 216 A1.

Die Vorteile derartiger Röntgenuntersuchungsgeräte sind:

• a) sehr geringe Streustrahlenartefakte im Bild
• b) reduzierte Patientendosis, da kein Streustrahlenraster nötig ist.

Demgegenüber bestehen folgende Nachteile:

• a) niedrige Geräte-Lebensdauer durch hohe Röhrenbelastung,
• b) Bewegungsartefakte aufgrund der relativ langen Aufnahme­ zeit,
• c) relativ hohe Kosten der Mechanik.

Ein Bildsensor auf der Basis von amorphem, hydriertem Silizi­ um(a-Si:H) mit einer Matrix von Detektorelementen ist in "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1991, S. 460-464" beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vergleichsweise einfach aufgebautes und kostengünstiges Röntgenuntersuchungs­ gerät der eingangs genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerät werden beim vollflächigen a-Si:H-Bildsensor unterschiedliche Teilma­ trizen ausgelesen und andernorts, nämlich im Rechenspeicher, gespeichert, so daß eine Überlagerung durch Streustrahlung von früher oder später belichteten Streifen ausgeschlossen werden kann. Zuviel übermittelte Information kann im Speicher überschrieben werden. Zusätzlich wird der Bildsensor strei­ fenweise sensibel/unempfindlich gegen Belichtung gemacht. Da­ mit erübrigt sich eine Abdeckung durch eine mechanisch beweg­ bare Spaltblende vor dem Bildsensor. Diese Technik kann beim vollflächigen Bildsensor als Modus neben der normalen Belich­ tungsart im selben Gerät angeboten werden (zusammen mit oder ohne Streustrahlenraster).

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 das Prinzip der Auslesung des Bildsensors bei einem Röntgenuntersuchungsgerät nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Detaildarstellung des Bildsensors zur Erläute­ rung der Fig. 1,

Fig. 3 Zeitdiagramme für die Fig. 1 und 2,

Fig. 4 ein Blockschaltbild für die Steuerung eines Röntgen­ untersuchungsgerätes nach der Erfindung, und

Fig. 5 und 6 eine Variante zu der Auslesung des Bildsensors gemäß Fig. 2.

Die Auslesung von Bildstreifen, die aus n benachbarten Bild­ zeilen bestehen, ist anhand von Fig. 1 erklärt. Der a-Si:H- Bildsensor 1 wird durch eine Steuerschaltung 2 zeilenweise angesteuert und durch eine Steuerschaltung 3 zeilenweise parallel ausgelesen. Auf den Zuleitungen 4, 5, 6 usw. der Zeilen sind die pulsfolgen aufgetragen. Nach einer Rücksetz­ belichtung des ganzen Bildsensors 1 (ca. 2,5 ms) werden die Pixeldioden Dp nur des auszulesenden Streifens (oder des gan­ zen Panels) durch VP1 auf die Spannung von VP1 aufgeladen. Es folgt die Belichtung des Streifens während eines 100 ms lan­ gen Zeitfensters, durch die die Dioden Dp lichtabhängig ent­ laden werden. Die Auslesung geschieht durch Aufladung auf VP2 (ca. 50 µs) Zeile für Zeile. Wegen der Amplitude VP2 < VP1 werden die Schaltdioden Ds gut leitend und die Ladungsver­ stärker in der Steuerschaltung 3 erhalten neben einer Vor­ spannungsladung die Restladungen der Pixeldioden Dp als Nutz­ information.

Wie der Bildsensor 1 streifenweise durch VP1 empfindlich ge­ macht, belichtet und ausgelesen wird, veranschaulicht Fig. 2. Die Fig. 2 zeigt einen durch VP1 empfindlich gemachten Strei­ fen 7 und die Streifenbelichtung 8 für eine Auslesung von 50 Zeilen und 20 Auslesestreifen bei 1.000 Zeilen und 1.000 Spalten. Um z. B. bei 0,2 mm × 0,2 mm Pixelgröße 1 cm breite Streifen auszulesen, sind N=50 Zeilen pro Streifen nacheinan­ der anzusprechen. Bei 1.000 Zeilen pro Panel (20 cm × 20 cm) sind im Beispiel 20 Streifen anzusteuern. Wenn VP1 nur strei­ fenweise appliziert wird, ist der Bildsensor 1 auch nur in diesem Streifen empfindlich. Es kann der nächste Streifen auch ohne erneutes Rücksetzlicht nun genauso behandelt werden (VP1, Röntgenfenster, VP2-Auslesung usw.), obwohl der Belich­ tungsstreifen für homogene Bildhelligkeit wegen des Hellig­ keitsabfalls zu den Streifenrändern (endliche Fokusgröße) breiter als 50 Zeilen ist. Würde VP1 auf das ganze Panel an­ gewendet, so würden Rand- und Streustrahlung empfangen, die für optimale Bildqualität vor VP1 optisch gelöscht werden sollten. Dann wäre die Rücksetzung für jeden Streifen erneut erforderlich.

Die Belichtung und Auslesung für ein Bild erfordert mit ein­ maliger Rücksetzung 20 × (0,5 ms + 100 ms + 2,5 ms) + 2,5 ms = 2062,5 ms. Fast eine Halbierung auf ca. 1 sec. Gesamtzeit erreicht man mit zwei gleichzeitig belichteten, im Abstand von ca. 10 cm liegenden Streifen, die nacheinander ausgelesen werden: 10 × 105,5 ms + 2,5 ms = 1057,5 ms. Man kann vier solcher Bildsensoren zusammenstellen, um eine Fläche von 40 cm × 40 cm zu erfassen.

Diese Möglichkeiten gelten auch für a-Si:H-Bildsensoren, die mit FET-Schaltern anstelle von Diodenschaltern betrieben wer­ den.

Das Zeitdiagramm zeigt Fig. 3. In der Fig. 3 zeigt die Impulsfolge a die Verhältnisse für Bereitschaft (Auto-Dunkel­ bildauslese) und die Kurve b für den Betrieb (streifenförmige Abtastung). Auf den Rücksetz- und Vorbereitungspuls 9 folgen das Röntgenfenster 10, die Auslesung 11 und der Vorberei­ tungspuls 12. Im Pulsverlauf b ist der Startzeitpunkt 13, der Zeitpunkt für das Auftreten von Strahlung 14, der Zeitpunkt 15 für die Einschaltung eines Motors zur Verstellung einer schlitzförmigen Primärstrahlenblende und der Zeitpunkt 16 eingezeichnet, in dem die Primärstrahlenblende ihre Position erreicht hat. Beim Zeitpunkt 17 beginnt der nächste Zeilen­ block, d. h. der nächste Streifen 7 gemäß Fig. 2. Die Zeit 18 ist eine Toleranzzeit für die Mechanik. In den Betriebspausen arbeitet der Bildsensor 1 im selbsterzeugten Bereitschafts­ modus, um die Temperierung stabil zu halten und um permanent aktuelle Dunkelbilder zu aquirieren, die zur Kompensation des Offset notwendig sind (Pulsfolge a). Dieser Bereitschafts­ modus ist dem Betriebsmodus möglichst ähnlich gemacht (z. B. Licht-Reset nach jeweils 20 Streifen).

Im Betrieb (Pulsfolge b) wird die selbsterzeugte Aktivität abgeschaltet (evtl. eine Licht-Rücksetzung gemacht) und VP1 für den ersten Streifen angelegt. Die Primärstrahlenblende steht zur Belichtung des ersten Streifens bereit. Mit dem An­ fang des Röntgenfensters wird der Generator getriggert, um einen Strahlungspuls auszulösen. Am Ende des Röntgenfensters wird dann der Motor zur Weiterbewegung der Blende ange­ steuert. Danach läuft noch die Auslesung (im Beispiel 2,5 ms bzw. 5 ms bei Doppelstreifen) und die Vorbereitung (Preset) 0,5 ms. Das nächste Röntgenfenster wird erst geöffnet, wenn vom Positionsgeber der Blende das Erreichen der neuen Posi­ tion bestätigt wird. Dieser Zustand darf nicht vor Ende des letzten Preset eintreten, kann aber später erfolgen, wenn die mechanischen Trägheiten dies erfordern. Der Takt für den Be­ reitschaftsmodus entspricht dem Takt, der sich mit den mecha­ nischen Trägheiten im Betriebsmodus ergibt, um vergleichbare Betriebszustände zu haben. Mit dem Preset wird der neue Streifen (Zeilenblock von im Beispiel 50 Zeilen) gewählt.

Die Einziehung des Bildsensors 1 in ein Gesamtsystem veran­ schaulicht Fig. 4. Den eben beschriebenen Ablauf veranlaßt die Steuerung 19 mit den jeweiligen Sollpositionen pro Strei­ fen. In der Fig. 4 ist eine Röntgenröhre 20 dargestellt, aus deren Röntgenstrahlung mit Hilfe einer Primärstrahlenblende 21 ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 22 ausgebildet wird, dessen Fächerebene senkrecht zur Zeichenebene liegt und das den Bildsensor 1 abtastet. Die Röntgenröhre 20 ist an ei­ nem Röntgengenerator 23 angeschlossen, dem ein Regler 24 mit einem Istwertgeber 25 für die Quellendosis zugeschaltet ist. Die Verstellung der Primärstrahlenblende 21 zur Bewegung des Röntgenstrahlenbündels 22 über den Bildsensor 1 erfolgt durch einen Motor 26, der den Istwert über einen Positionsgeber 27 der Steuerung 19 meldet. Am Eingang 28 liegen Signale, die den Sollpositionen entsprechen. Die Steuerung 19 steuert über den Block 29 die Röntgenstrahlung, und zwar deren Ende am Ausgang 30 und deren Start am Ausgang 31 sowie über den Block 32 und den Block 33 die Auslesung und das Preset.

Die Dosisregelung kann folgendermaßen geschehen: Der zu be­ lichtende Anfangsstreifen liegt in Bildmitte (Dominante). Ein detektorseitiger Strahlungssensor 34 mißt die laufende Strah­ lungsintensität und vergleicht sie mit einem Vorgabewert der Systemdosis. Bei Erreichen des Sollwertes am Eingang 35 des Reglers 36 wird die Strahlung abgeschaltet. Bei entsprechen­ der Stabilität der Röntgenstrahlung von Schuß zu Schuß kann nun mit den dabei gefundenen festen Einstellwerten des Gene­ rators 23 für die restlichen (im Beispiel 19) Streifen gear­ beitet werden. Da die Strahlungsmenge von Schuß zu Schuß aber nicht exakt konstant ist, erfolgt eine Stabilisierung durch den Regler 24. Der Strahlungssensor 37 (quellennah, seitlich des Blendenschlitzes) mißt die Dosis jedes Schusses auf der Röhrenseite und speichert den Wert für den ersten Streifen als Quellendosis. Für alle restlichen Streifen wird der Reg­ ler 36 abgeschaltet und der gleichartige Regler 24 mit der Quellendosis als Sollwert betrieben, so daß alle Streifen derselben Aufnahme gleiche Dosis erhalten.

Wenn der erste Streifen, der die Belichtung definiert, als zu schmal für die Dominante erachtet wird, können mehrere be­ nachbarte Streifen in Bildmitte auch mit geringer Dosis und kürzeren Röntgenfenstern gebildet werden. Der Strahlungssen­ sor 34 muß dann integrierend arbeiten. Aus dem Ergebnis für die geringe Dosis wird in bekannter Weise auf die Röhrenein­ stellung für die gewünschte Systemdosis hochgerechnet. An­ schließend wird das gesamte Bild im Schlitzverfahren ausge­ lesen. Wird die bei geringer Dosis entstehende Bildinforma­ tion in einen Speicher 38 gelesen und mit der nachfolgenden im richtigen Verhältnis gemittelt, so wird keine Strahlung verschenkt.

Selbstverständlich können in bekannter Weise auch Dosiswerte aus einer vorangegangenen Durchleuchtung (ohne Streifenblen­ de) hochgerechnet werden und eine Generatoreinstellung defi­ nieren.

Die klassische Schlitztechnik verfährt den Streifen kontinu­ ierlich über das Bildfeld, so daß durch die Aufintegration kein streifiges Bild entstehen kann. Bei der Erfindung wird in Sprüngen vorangegangen, so daß der genannte streifenaus­ gleichende Effekt entfällt. Dies kann zu der Notwendigkeit zu großer Überbreite der Belichtungsstreifen führen, wobei Dosis verschenkt wird. Als Abhilfe kann das kontinuierliche Verfah­ ren auch hier übernommen werden, wie in den Fig. 5 und 6 im einfachsten Fall einer Verdoppelung der Zahl der Schritte gezeigt ist.

Der erste Schritt unterscheidet sich nach Fig. 5 vom bisheri­ gen (Fig. 2) nur darin, daß nur die obere Hälfte der Zeilen eines Streifens (oberste 25 Zeilen) ausgelesen wird. Im näch­ sten Schritt (Fig. 6) wird durch VP1 nur eine halbe Streifen­ breite (25 Zeilen) nach unten zusätzlich empfindlich geschal­ tet und der Belichtungsstreifen nur halb so weit geschoben wie vorher. Die nächste Auslesung bezieht sich erst jetzt, nachdem die gesamte Belichtung auf die untere Hälfte des ersten Streifens (Zeilen 26 bis 50) aufgelaufen ist, auf diese untere Hälfte. Der Vorgang wiederholt sich sinngemäß bis zum unteren Bildrand.

Die Gesamt zeit muß sich dadurch nicht verdoppeln, weil pro Röntgenpuls nur halbe Dosis und damit nur halbe Zeit für das Fenster notwendig ist.

Die Dosisregelung muß den Faktor 2 berücksichtigen, wenn be­ reits mit dem ersten Puls geregelt werden soll. Eine Verfei­ nerung in noch mehr Zwischenschritte ist sinngemäß möglich.

Claims (4)

1. Röntgenuntersuchungsgerät mit einer zur Abtastung des Un­ tersuchungsobjektes dienenden, eine schlitzförmige Öffnung aufweisenden Primärstrahlblende, gekennzeichnet durch

• - einen a-Si:H-Bildsensor (1) aus einer Matrix von Detek­ torelementen, der streifenweise sensibel gegen Belich­ tung gemacht wird,
• - eine Steuerung (19) zum Auslesen der Bildpunktsignale unterschiedlicher Teilmatritzen des Bildsensors (1) und
• - einen Rechenspeicher (38), in den die Bildpunktsignale gespeichert werden.

2. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 1, bei dem mehrere parallele Streifen (7) gleichzeitig belichtet und nachein­ ander ausgelesen werden.

3. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in einem ersten Schritt die obere Hälfte der Zeilen eines belichteten Streifens (7) ausgelesen wird, bei dem im nächsten Schritt eine halbe Streifenbreite nach unten zu­ sätzlich empfindlich geschaltet und der Belichtungsstrei­ fen (8) entsprechend weitergeschoben wird, und bei dem die nächste Auslesung sich auf die untere Hälfte des ersten Streifens (7) bezieht, nachdem die gesamte Belichtung auf die untere Hälfte des ersten Streifens (7) eingewirkt hat.

4. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem zur Dosisregelung vorgesehenen detektorseitigen Strahlungssensor (34), der die Strahlungsdosis jedes Schusses mißt und mit einem Sollwert vergleicht, wobei die Strahlung beim Erreichen des Sollwertes abgeschaltet wird und der gemessene Wert für den ersten Streifen (7) als Sollwert gespeichert wird.