DE19814370A1

DE19814370A1 - X=ray diagnostic device for X=ray layer images

Info

Publication number: DE19814370A1
Application number: DE19814370A
Authority: DE
Inventors: Andreas Meyer; Anton Nekovar; Christian Blumberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-09-09

Abstract

The device has a patient locating table (4) and an arrangement (1,2) to generate an X-ray beam (3), which passes through a patient (5) lying on the table to an X-ray image amplifier (6) on the other side of the table. The device also has a device (18) for continual movement of the generator arrangement in a first direction (17) and in a second direction (19) opposite the first for the output image of the amplifier. Thus in an X-ray layer image only the details within a given body section layer are shown in sharp focus. The other details are shown out of focus. The device also has a television camera (8) with an IT CCD image sensor (9) to detect the output image of the amplifier. The sensor has a control device (14) which causes multiple reading out of the charge during illumination to detect an X-ray layer image so that several partial recordings are generated. The device also has a processor circuit (21,22) for superimposing the partial recordings into the X-ray layer image.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung für Röntgenschichtbilder mit einem Patientenlagerungstisch, Mit teln zur Erzeugung eines einen auf dem Patientenlagerungs tisch liegenden Patienten durchdringenden Röntgenstrahlenbün dels auf der einen und einem Röntgenbildverstärker auf der anderen Seite des Patientenlagerungstisches, mit einer Vor richtung zur kontinuierlichen Verschiebung der Mittel in eine erste Richtung und für die Ausgangsbilder des Röntgenbildver stärkers in eine der ersten Richtung entgegengesetzten zwei ten Richtung, so daß in einem Röntgenschichtbild nur die in einer bestimmten Körperlängsschicht liegenden Details scharf und die anderen Details durch Verwischung unscharf abgebildet werden, mit einer Fernsehkamera zur Erfassung der Ausgangs bilder des Röntgenbildverstärkers und mit einer Wiedergabe vorrichtung. Durch eine derartige Röntgendiagnostikeinrich tung lassen sich Schichtbilder in Körperlängsrichtung des Pa tienten erstellen.The invention relates to an X-ray diagnostic device for X-ray tomography with a patient table, with means for generating a one on the patient positioning X-ray beam penetrating the patient lying on the table dels on one and an x-ray image intensifier on the other side of the patient table, with a front Direction for the continuous shift of funds in one first direction and for the output images of the X-ray image ver stronger in one of the two opposite directions th direction, so that only the in details lying in a certain longitudinal layer of the body and the other details are blurred out of focus be using a television camera to capture the output images of the X-ray image intensifier and with a reproduction contraption. By such an X-ray diagnostic device layer images in the longitudinal direction of the pa create clients.

Eine Röntgendiagnostikeinrichtung dieser Art ist beispiels weise in der DE 27 12 320 A1 beschrieben. Mit dieser Röntgen diagnostikeinrichtung können durch gegenläufige Bewegung des Röntgenstrahlenbündels und des Elektronenbildes des Röntgen bildwandlers Bilder einer bestimmten Schicht des Patienten angefertigt werden. Es werden nämlich nur diejenigen Punkte scharf abgebildet, die in der gewählten Schichtebene liegen. Punkte am Körper des Patienten, die ober- oder unterhalb der gewählten Schichtebene liegen, werden aufgrund der Bewegung des Röntgenstrahlenbündels automatisch verwischt.An X-ray diagnostic device of this type is an example as described in DE 27 12 320 A1. With this x-ray diagnostic device can be moved by counter-movement X-ray beam and the electron image of the X-ray imager Images of a particular slice of the patient be made. Because only those points become in sharp focus, which lie in the selected layer level. Points on the patient's body that are above or below the selected layer level are due to the movement of the X-ray beam is automatically blurred.

Bei derartigen Röntgendiagnostikeinrichtungen wird die Ladung auf dem Target der Fernsehaufnahmeröhre integriert, bis das Röntgenschichtbild vollendet ist. Dabei ist der Strahlstrom der Fernsehaufnahmeröhre gesperrt. Danach erfolgt ein einma liges vollständiges Auslesen des Targets.With such X-ray diagnostic devices, the charge integrated on the target of the television recording tube until that X-ray tomography is completed. Here is the beam current the television recording tube locked. Then there is a one-off Complete reading of the target.

Bei der Verwendung von CCD-Bildwandlern in der Fernsehkamera tritt jedoch das Problem auf, daß aufgrund der langen Belich tung des CCD-Bildsensors der Dunkelstrom stark anwächst, so daß in vielen Fällen eine gekapselte Kühlung notwendig wird.When using CCD imagers in the TV camera However, the problem arises that due to the long exposure device of the CCD image sensor the dark current increases strongly, see above encapsulated cooling is necessary in many cases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgendiagno stikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Dunkelstromeffekte des CCD-Bildwandlers zumindest derart unterdrückt werden, so daß sie nicht stören.The invention has for its object an X-ray diagnosis Stikeinrichtung of the type mentioned to create at least the dark current effects of the CCD image converter be suppressed in such a way that they do not interfere.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fernsehkamera einen IT-CCD-Bildsensor aufweist, der mit einer Steuervorrichtung, die eine mehrfache Auslesung der Ladung während der Belichtung zur Erfassung eines Röntgenschichtbil des bewirkt, so daß mehrere Teilaufnahmen erzeugt werden, und einer Verarbeitungsschaltung zur Überlagerung der Teilaufnah men zu einem Röntgenschichtbild verbunden ist. Durch die er findungsgemäße Aufteilung der Röntgenschichtbilder in mehrere Teilaufnahmen wird erreicht, daß man eine gute Unterdrückung der Dunkelstromeffekte des CCD-Bildwandlers erhält.The object is achieved in that the TV camera has an IT-CCD image sensor with a Control device that reads the load multiple times during the exposure for the acquisition of an X-ray layer image causes, so that several partial recordings are generated, and a processing circuit for superimposing the partial recording men is connected to an X-ray slice image. Through which he division of the X-ray slice images into several according to the invention Partial shots is achieved that one has good suppression which receives dark current effects from the CCD imager.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Steuervorrich tung derart ausgebildet ist, daß die Auslesung asynchron zum Röntgenpuls des Röntgengenerator erfolgt.It has proven advantageous if the control device device is designed such that the reading asynchronous to X-ray pulse of the X-ray generator takes place.

Erfindungsgemäß kann die Steuervorrichtung derart ausgebildet sein, daß für die Teilaufnahmen der IT-CCD-Bildsensor solange belichtet wird, so daß noch keine Dunkelstromeffekte auftre ten. Die Belichtungszeiten für die Teilaufnahmen können bei spielsweise 200 ms betragen.According to the invention, the control device can be designed in this way be that for the partial exposures the IT-CCD image sensor is exposed so that no dark current effects occur yet The exposure times for the partial shots can be at for example, be 200 ms.

Bei einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem an der Fern sehkamera angeschlossenen Bildsystem hat es sich als vorteil haft erwiesen, wenn das Bildsystem eine Additionsstufe, die nach Abschluß der Röntgenschichtbilder die Teilaufnahmen auf summiert, und eine Divisionsstufe aufweist, die die Summe der Teilaufnahmen durch deren Anzahl dividiert.In an X-ray diagnostic device with one on the remote vision system connected it has proven to be an advantage proven if the image system has an addition level, the after completing the X-ray slice images, the partial images summed, and has a division level that is the sum of Partial recordings divided by their number.

Weist die Röntgendiagnostikeinrichtung eine der Fernsehkamera vorgeordnete, durch eine Steuervorrichtung betätigbare Iris blende auf, so kann erfindungsgemäß die Steuervorrichtung derart ausgebildet sein, daß der Lichtfluß über die Irisblen de derart angepaßt wird, so daß die ausgelesenen Teilaufnah men eines Röntgenschichtbildes für sich richtig am IT-CCD- Bildsensor ausgesteuert sind.The X-ray diagnostic device has one of the television cameras upstream iris which can be actuated by a control device aperture, so the control device according to the invention be designed so that the light flow over the iris balls de is adjusted so that the read out part of an X-ray slice image correctly on the IT-CCD Image sensor are controlled.

Erfindungsgemäß kann die Verschiebung der Ausgangsbilder durch eine Verschiebung des Röntgenbildverstärkers oder durch eine Verschiebung der Elektronenbilder im Röntgenbildverstär ker bewirkt werden.According to the invention, the displacement of the output images by moving the X-ray image intensifier or by a shift of the electron images in the X-ray image intensifier ker can be effected.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zei gen:The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. It shows gene:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung und Fig. 1 an X-ray diagnostic device according to the invention and

Fig. 2 Steuersignale für die Röntgendiagnostikeinrichtung gemäß Fig. 1 zur Erläuterung der Erfindung. Fig. 2 control signals for the X-ray diagnostic device according to FIG. 1 to explain the invention.

In der Fig. 1 ist eine von einem Röntgengenerator 1 mit Hoch- und Heizspannung versorgte Röntgenröhre 2 dargestellt, die ein Röntgenstrahlenbündel 3 erzeugt, das einen auf dem Patientenlagerungstisch 4 liegenden Patienten 5 aus verschie denen Richtungen durchdringt und auf dem Eingangsleuchtschirm eines Röntgenbildverstärkers 6 Strahlenbilder erzeugt. Der Ausgangsleuchtschirm des Röntgenbildverstärkers 6 ist über eine Optik 7 mit einer Fernsehkamera 8 mit einem IT-CCD- Bildsensor 9 gekoppelt, deren Ausgangssignal einem Bildsystem 10 zugeführt wird. Das Bildsystem 10 kann Wandler, Bildspei cher 11 und Verarbeitungsschaltungen aufweisen. Es ist zur Wiedergabe der erfaßten Röntgenbilder mit einem Monitor 12 verbunden.In Fig. 1 is a supplied by a X-ray generator 1 with high and heating voltage X-ray tube 2 is shown which produces an X-ray beam 3, the various one lying on the patient support table 4 patient 5 from which penetrates directions and formed on the input phosphor screen of an X-ray image intensifier 6-ray images . The output fluorescent screen of the X-ray image intensifier 6 is coupled via optics 7 to a television camera 8 with an IT-CCD image sensor 9 , the output signal of which is fed to an image system 10 . The image system 10 can have converters, image memories 11 and processing circuits. It is connected to a monitor 12 in order to display the acquired x-ray images.

Ein Systemsteuergerät 13 erzeugt die Systemtakte und Steuer signale für die Röntgendiagnostikeinrichtung. Das Systemsteu ergerät 13 ist mit dem Monitor 12, mit dem Bildsystem 10, über eine Kamerasteuerung 14 mit der Fernsehkamera 8, über eine Steuervorrichtung 15 mit einer in der Optik 7 angeordne ten Irisblende 16 und mit dem Röntgengenerator 1 verbunden.A system control unit 13 generates the system clocks and control signals for the X-ray diagnostic device. The system control unit 13 is connected to the monitor 12 , to the image system 10 , via a camera control 14 to the television camera 8 , via a control device 15 to an iris 16 arranged in the optics 7 and to the x-ray generator 1 .

Die für die Röntgenschichttechnik erforderliche Bewegung der Röntgenröhre 1 in Richtung der Pfeile 17 kann durch mechani sche Mittel erfolgen, die durch ein mit dem Systemsteuergerät 13 verbundenes Schichtsteuergerät 18 betrieben werden. Es lassen sich aber auch mehrere einzelne Röntgenröhren verwen den, die kreisringförmig oder linear angeordnet sein können und zyklisch durch das Schichtsteuergerät 18 eingeschaltet werden. Die entsprechende gegensätzliche Bewegung des Aus gangsbildes des Röntgenbildverstärkers 6 in Richtung der Pfeile 19 kann ebenfalls durch entsprechende mechanische Mit tel erfolgen. Es kann aber auch an dem Röntgenbildverstärker 6 eine Ablenkvorrichtung 20 angebracht sein, die in bekannter Weise aus Ablenkspulen und einem Steuergenerator bestehen kann und eine Ablenkung der Elektronenstrahlen in dem Rönt genbildverstärker 6 und damit die für die Schichttechnik er forderliche Verschiebung des Ausgangsbildes des Röntgenbild verstärkers 6 bewirkt.The movement of the X-ray tube 1 in the direction of the arrows 17 required for the X-ray layer technology can be carried out by mechanical means which are operated by a layer control device 18 connected to the system control device 13 . However, it is also possible to use a plurality of individual X-ray tubes which can be arranged in a circular or linear manner and are switched on cyclically by the shift control device 18 . The corresponding opposite movement of the output image of the X-ray image intensifier 6 in the direction of the arrows 19 can also be carried out by appropriate mechanical means. But it can also be attached to the X-ray image intensifier 6, a deflector 20, which may in a known manner consist of deflection coils and a control generator, a deflection of the electron beams in the Rönt genbildverstärker 6 and thus the amplifier of the output image of the X-ray image for the layering technique he ford variable displacement 6 causes.

Zur Erstellung von Röntgenschichtbildern durchstrahlt die Röntgenröhre 2 den auf dem Patientenlagerungstisch 4 befindlichen Patienten 5 aus unterschiedlichen Richtungen. Entspre chend gegenläufig wird das Ausgangsbild des Röntgenbildver stärkers 6 durch die Ablenkvorrichtung 20 oder durch die me chanischen Mittel verschoben. To create X-ray slice images, the X-ray tube 2 shines through the patient 5 on the patient positioning table 4 from different directions. Accordingly, the output image of the X-ray image intensifier 6 is moved in opposite directions by the deflection device 20 or by the mechanical means.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Röntgendiagnostik einrichtung wird anhand der in Fig. 2 dargestellten Taktsi gnale erläutert. Das erste Signal zeigt den Triggerimpuls 23 für die Hochspannung, der von der Systemsteuergerät 13 dem Röntgengenerator 1 zugeführt wird. Das zweite Signal zeigt die eingeschaltete Röntgenstrahlung 24 der Röntgenröhre 2. Das Taktsignal 25 gibt die Triggerimpulse der Kamerasteuerung 14 für die Fernsehkamera 8 wieder. Die Signalkurve 26 schließlich zeigt den Auslesevorgang des IT-CCD-Bildsensors 9, bei dem unmittelbar nach dem Taktsignal 25 die Teilaufnah men als Portionen des gesamten Röntgenschichtbildes ausgele sen werden.The mode of operation of the x-ray diagnostic device according to the invention is explained with reference to the clock signals shown in FIG. 2. The first signal shows the trigger pulse 23 for the high voltage, which is supplied to the X-ray generator 1 by the system control device 13 . The second signal shows the switched-on x-ray radiation 24 of the x-ray tube 2 . The clock signal 25 reproduces the trigger pulses from the camera control 14 for the television camera 8 . The signal curve 26 finally shows the reading process of the IT-CCD image sensor 9 , in which the partial recordings are read out as portions of the entire X-ray slice immediately after the clock signal 25 .

Während der Erstellung eines Röntgenschichtbildes wird der IT-CCD-Bildsensor 9 in der Fernsehkamera 8 von der Kamera steuerung 14 asynchron zur Röntgenbelichtung, der eingeschal teten Röntgenstrahlung 24, angesteuert, so daß man mehrere einzelne Teilaufnahmen des Röntgenschichtbildes entsprechend der Signalkurve 26 erhält. Dieses asynchrone Portionieren des Auslesevorgangs erfolgt in Belichtungszeiten des IT-CCD-Bild sensors 9, in denen noch keine störenden Dunkelstromeffekte auftreten. Sinnvolle Belichtungszeiten bezüglich des Dunkel stromes für die Teilaufnahmen könnten beispielsweise 200 ins betragen. Das entsprechende Steuersignal für den IT-CCD- Bildsensor 9 ist das Taktsignal 25. Die Auslesung des IT-CCD- Bildsensors 9 kann asynchron zu den Röntgenpulsen erfolgen, da beim IT-CCD-Bildsensor 9 der Transfer in den Speicherbe reich schnell genug ist.During the creation of an x-ray slice image, the IT-CCD image sensor 9 in the television camera 8 is controlled by the camera control 14 asynchronously to the x-ray exposure, the switched-on x-ray radiation 24 , so that one obtains several individual partial images of the x-ray slice image corresponding to the signal curve 26 . This asynchronous portioning of the readout process takes place in exposure times of the IT-CCD image sensor 9 , in which no disturbing dark current effects occur yet. Sensible exposure times with regard to the dark current for the partial exposures could, for example, be 200 ins. The corresponding control signal for the IT-CCD image sensor 9 is the clock signal 25 . The reading of the IT-CCD image sensor 9 can be carried out asynchronously to the X-ray pulses, since the transfer to the memory area is fast enough in the IT-CCD image sensor 9 .

Die einzelnen Teilaufnahmen werden in dem Bildspeicher 11 aufaddiert. Dabei werden jeweils die vorhergehenden Teilauf nahmen aus dem Speicher ausgelesen, gewichtet, mit dem aktu ellen Bild addiert und das Ergebnis wieder in den Speicher eingeschrieben. Die Gewichtungsfaktoren werden bildweise dy namisch so umgeschaltet, daß im entstehenden Summenbild alle Teilbilder gleich gewichtet sind. Dabei gilt folgende Formel, die in Hardware realisiert ist:
The individual partial recordings are added up in the image memory 11 . The previous partial recordings are read from the memory, weighted, added to the current image and the result is written back into the memory. The weighting factors are dynamically switched image by image so that all partial images are weighted equally in the resulting total image. The following formula applies, which is implemented in hardware:

Speicherbild(n)
= (n-1)/n.Speicherbild(n-1)
+ 1/n.Eingangsbild (n).Memory image (s)
= (n-1) /n memory image (n-1)
Input image (s).

Die einzelnen Teilaufnahmen können aber auch jeweils in einem getrennten Speicherplatz des Bildspeichers 11 eingelesen wer den. Sind sämtliche Teilaufnahmen abgespeichert, also nach Abschluß der Schichtaufnahme, werden zueinander gehörende Bildpunkte der Teilaufnahmen gleichzeitig ausgelesen und mit tels der Additionsstufe 21 deren Summe gebildet. Anschließend wird das Ausgangssignal der Additionsstufe 21 in der Divisi onsstufe 22 durch die Anzahl der Teilaufnahmen dividiert, be vor es auf dem Monitor 12 als Röntgenschichtbild wiedergege ben wird.However, the individual partial recordings can also be read in each case in a separate memory location of the image memory 11 . If all of the partial images are stored, that is to say after the slice image has been completed, pixels belonging to the partial images that belong to one another are read out simultaneously and the sum thereof is formed by means of addition stage 21 . Then the output signal of the addition stage 21 in the divisi onsstufe 22 is divided by the number of partial recordings before it is reproduced on the monitor 12 as an X-ray slice image.

Eine Anpassung des Lichtflusses über die Irisblende 16 er folgt durch die Steuervorrichtung 15, so daß jede der ausge lesenen Teilaufnahmen des Röntgenschichtbildes für sich rich tig am IT-CCD-Bildsensor 9 ausgesteuert wird. Da bei Schicht aufnahmen die Gesamthelligkeit vor der Aufnahme bekannt und ebenso die Dosis für eine Schichtaufnahme eine gegebene Größe ist, kann die Irisblende 16 derart eingestellt werden, daß die Teilaufnahmen nicht zu einer Übersteuerung des in der Fernsehkamera 8 oder dem Bildsystem 10 angeordneten Ana log/Digital-Wandlers (A/D-Wandlers) führen und somit Bildin formationen verlorengehen würde.An adjustment of the light flow through the iris 16 he follows by the control device 15 so that each of the read out partial recordings of the x-ray slice image is properly controlled on the IT-CCD image sensor 9 . Since the total brightness before recording is known and the dose for a layer recording is a given size, the iris diaphragm 16 can be set in such a way that the partial recordings do not overdrive the ana log / arranged in the television camera 8 or the image system 10 / Digital converter (A / D converter) and thus image information would be lost.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Röntgendiagnosti keinrichtung erhält man eine gute Unterdrückung der Dunkel stromeffekte des CCD-Bildwandlers, so daß keine aufwendige, gekapselte Kühlung notwendig wird. Bei guten CCD-Bildsensoren kann eine Dunkelstromkorrektur sogar ganz entfallen. Weiter hin erhält man eine Verbesserung des elektrischen Störab stands durch die rauschmittelnde Wirkung der digitalen Bild verarbeitung aufgrund der Summenbildung.The inventive X-ray diagnosis In no direction do you get a good suppression of the dark current effects of the CCD image converter, so that no complex, encapsulated cooling becomes necessary. With good CCD image sensors dark current correction can even be omitted entirely. Next there is an improvement in the electrical interference due to the intoxicating effect of the digital image processing due to the sum formation.

Claims

1. X-ray diagnostic device for X-ray slice images with a patient positioning table ( 4 ), means ( 1 , 2 ) for generating a beam ( 3 ) penetrating a patient ( 5 ) lying on the patient positioning table ( 4 ) on one and an X-ray image intensifier ( 6 ) the other side of the patient table ( 4 ), with a device ( 18 , 20 ) for continuously shifting the means ( 1 , 2 ) in a first direction ( 17 ) and for the output images of the X-ray image intensifier ( 6 ) in one of the first directions ( 17 ) opposite second direction ( 19 ), so that in an x-ray slice image only the details lying in a certain body longitudinal layer are focused and the other details are blurred by blurring, with a television camera ( 8 ) with an IT-CCD image sensor ( 9 ) for detecting the Output images of the X-ray image intensifier ( 6 ) and with a playback device ( 12 ), the IT-CCD Image sensor ( 9 ) with a Steuerervor device ( 14 ), which causes a multiple readout of the charge during exposure for the detection of an X-ray layer image, so that several partial recordings are generated, and a processing circuit ( 21 , 22 ) for superimposing the partial recordings is connected to an X-ray slice image.

2. X-ray diagnostic device according to claim 1, characterized in that the control device ( 14 ) is designed such that the reading takes place asynchronously to the X-ray pulse of the X-ray generator.

3. X-ray diagnostic device according to claim 1 or 2, characterized in that the control device ( 14 ) is designed such that the partial exposure of the IT-CCD image sensor ( 9 ) is exposed as long as so that no dark current effects occur.

4. X-ray diagnostic device according to one of claims 1 to 3, characterized, that the exposure times for the partial exposures be 200 ms carry.

5. X-ray diagnostic device with a connected to the television camera ( 8 ) image system ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the image system ( 10 ) has an additi onsstufe ( 21 ), the partial recordings after completion of the X-ray images summed up, and has a division level ( 22 ) which divides the sum of the partial recordings by their number.

6. X-ray diagnostic device with one of the television camera ( 8 ) upstream, by a control device ( 15 ) actuatable iris diaphragm ( 16 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the control device is designed such that the light flows over the iris diaphragm ( 16 ) is adapted in such a way that the partial images of an X-ray slice image that are read out are properly controlled on the IT-CCD image sensor ( 9 ).

7. X-ray diagnostic device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the displacement of the output images is effected by a displacement of the X-ray image intensifier ( 6 ).

8. X-ray diagnostic device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the displacement of the output images is effected by a displacement of the electron images in the X-ray image intensifier ( 6 ).