DE2207053A1 - Bildverstaerker-densitometer - Google Patents

Bildverstaerker-densitometer

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Description

PHILIPS PATENTVERWALTUiIG GMBH, 2 Hamburg 1, Steindamm 94
Bildverstärker-Densitometer
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildverstärker-Densitometer, bestehend aus einer Rontgenstrahlerquelle und einem Röntgenbildverstärker mit Basisobjektiv und einer oder mehreren Meßeinrichtungen.
Bei der Röntgen-Densitometrie bzw, bei Geräten zur Messung und Aufzeichnung der Schwächung von Röntgenstrahlen durch einen (menschlichen) Körper mit Hilfe eines Bildverstärkers in Abhängigkeit von der Zeit oder einfach nur Densitometrie genannten Meßverfahren wird über eine speziell geformte, z.B. spaltförmige oder kreisrunde Abtastfläche die durch das Objekt geschwächte Röntgenstrahlung über eine gewisse Zeit bezüglich ihrer Intensität gemessen und mit einem Schreiber registriert oder einem anderen Auswertesystem, z.B. einer EDV, direkt zugeführt. Die Densitometrie unter Anwendung einer spaltförmigen Meßfläche ist als Kymographie bekannt. Sie gestattet insbesondere die Darstellung der Funktion eines sich periodisch über die Meßfläche bewegenden Organs oder Organteiles in der medizinischen Diagnostik, z.B.. des Herzrandes.
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Für die Rontgen-Densitometrie 1st eine den jeweiligen Meß- , Problemen angepaßte Meßfläche und eine geeignet dimensioniert© elektronische Apparatur erforderlich, Die Strahlenquelle selbst miß hinreichend stabil sein; anderenfalls ist eine Berücksichtigung der Schwankungen der Strahlungsintensität des
\ Strahlers im Sinne einer Relativmessung erforderlich.
Es ist aus Röfo 108, 79 - 88 (1966) "Videodensitometrie, technische Grundlagen und klinische Anwendung als Fernseiikymographie* von J. Lissner und P. Marhoff und aus Elektromedizin IjS, 82 und 145 - 157 (1967) "Röntgenologische Kontrastmitteldichtemessungen zur Untersuchung der Herz- und Kreislauffunktion" von P. Heintzen, J. Bürsch, P. Osypka und K. Moldenhauer bekannt» diese Aufgabe z.B. mit Hilfe der sogenannten Video-Densitometrie zu lösen. Bei der Video-Densitometrie wird das als Fernsehsignal vorliegende Bild eines elektronenoptischen Röntgen-Blldverstärkers mit Hilfe eines Meßfensters, das ein zusätzlicher Fenstergenerator erzeugt, analysiert.' Obwohl die Video-Densitometrie den Vorteil besitzt, daß auch auf Magnetband aufgezeichnete Szenen densitometrisch untersucht werden können, haftet ihr jedoch der Mangel an, daß die Linearität bei Anwendung dieses Verfahrens wesentlich·eingeschränkt ist und daß nur mäßige Helligkeitsunterschiede ausgewertet werden können.
Es ist weiterhin aus Röntgenblätter 2j5, 595 - 598 (1970) "Ergebnisse der Röntgen-Kino-Densitometrie" von F. Heuck, H.K. Deininger und K. Vanselow und "Kreislaufanalyse mittels Röntgendensitometrie" von W. Rutishauser, Bern - Stuttgart Wien (1969) bekannt, eine Röntgen-Densitometrie über die Auswertung eines Kinofilms durchzuführen. Diese Kino-Densitometrie eignet sich gut für die Untersuchung von Kontrastmitteldurchgängen durch Gefäße nach einer Angiographie. Ihr haftet ■ jedoch der Nachteil an, daß die Nichtlinearität des Kinofilms Schwierigkeiten bereitet, daß das Ergebnis nicht sofort zur Verfügung steht und daß die Untersuchung nicht in einfacher
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Weise am Objekt selbst wiederholt werden kann.
Weiterhin ist die Kymographie, wie in H. Vieten: Handbuch der medizinischen Radiologie, Bd. Ill, S. 407 - 4J5, Berlin - Heidelberg - New York (1967) "Elektrokymographie" von R. Heckmann und R.Haubrich beschrieben, bekannt, die ein ähnliches etwas eingeschränkteres Ziel verfolgt. Da die Flächenkymographienur als Variante der die Erfindung näher berührenden Elektrokymographie aufzufassen ist, genügt es, auf letztere kurz einzugehen. Bei dieser bekannten Methode wird unmittelbar nach Durchstrahlung des Objektes mit einem Spalt, einem Leuchtschirm oder einem ähnlichen Szintillator und einem photoelektrischen Empfänger die Helligkeitsschwankung, die dieser mißt, zeitabhängig aufgezeichnet. Auf diese Weise gelingt eine Darstellung von Organbewegungen. Die direkte Elektrokymographie besitzt jedoch den Nachteil, daß das Meßorgan mit einem Durchleuchtungsgerät eingestellt werden muß und daß auf diese V/eise eine gleichzeitige Durchleuchtungskontrolle ganz erheblich behindert wird.
Die aufgezeigten Nachteile vermeidet ein erfindungsgemäßes Gerät. Da ein elektronenoptischer Bildverstärker über einen recht weiten Bereich linear Helligkeiten überträgt, ist eine Benutzung des Bildverstärker-Bildes für die Röntgen-Densitometrie sinnvoll. Es wäre nun möglich, eine reelle optische Abbildung eines gewissen Bildbereiches entsprechend einer gewünschten Meßfläche zu benutzen. Die Folge wären relativ hohe Kosten für das Objektiv und ein hoher Aufwand zur Justierung, da das Bildverstärkerbild im Verhältnis 1 : 10 gegenüber dem Röntgenbild verkleinert ist. Aus diesem Grunde geht die Erfindung einen anderen Weg.
Aufbauend auf der Tatsache, daß bei einer üblichen Anwendung eines Bildverstärkers zu Zwecken der Röntgendurchleuchtung ein sogenanntes Basisobjektiv vorhanden ist, das mit dem Kameraobjektiv zu einem sogenannten Tandem-Objektiv kombiniert wird, ist ein E ngriff für die gewünschte Meßtechnik zwischen
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den beiden Objektiven besonders günstig. Es wird dabei von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß das Basisobjektiv die in seiner Brennebene liegende Ortsinformation nach Richtungen verteilt. Jedem Bildpunkt entspricht nach dem Bastsobjektiv ein Lichtbündel, dessen Durchmesser durch die Objektivberandung bestimmt wird, dessen Strahlen alle untereinander parallel sind, und dessen Richtung mit der Richtung der Verbindungslinie Objektpunkt - Durchstoßpunkt der optischen Achse durch die Eintrittspupille des Objektes übereinstimmt.
Entsprechend dieser Erkenntnis wird bei einem Bildverstärker-Densitometer der eingangs genannten Art nach der Erfindung der Empfänger dieser Meßeinrichtung als mechanischer Kollimator ausgebildet und besteht aus Lamellen oder Schächten, wobei das Schachtverhältnis dieser Schächte, bezogen auf die Brennweite des Basisobjektivs des Bildverstärkers und die elektronenoptische Vergrößerung des Bildverstärkers, die Meßfläche des Bildverstärker-Densitometers bestimmt.
Dabei können zwei aus Lamellen gebildete Kollimatoren hintereinander derart angeordnet und gegeneinander verschwenkbar sein, daß daraus durch Verschwenkung derselben gegeneinander, unterschiedliche Meßfelder entstehen. Auch können zwei oder · mehrere Kollimatoren mit unterschiedlichem Meßfelcl derart nebeneinander angeordnet sein, daß eine schnelle Wahl eines dieser Meßfelder möglich wird. Weiterhin kann für mehrere Kollimatoren eine gemeinsame Photozelle, z.B. ein Sekundärelektronenvervielfacher, verwendet werden und die Wahl der Meßfelder durch eine mechanische Vorrichtung erfolgen. Auch können zwei Kollimatoren unterschiedliche Meßfelder, insbesondere solche unterschiedlicher Größe, bestimmen, und durch zwei Photozellen oder durch eine mechanische Einrichtung vor einer Photozelle kann eine Relativmessung über die beiden Meßfelder gegeneinander erfolgen. Ferner kann über eines der Meßfelder die Intensität der Röntgenstrahlung oder die Empfindlichkeit des der Meßanordnung folgenden elektrischen Verstärkersystems geregelt werden. . _ ,-
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann neben der Photozelle eine Lichtquelle derart angeordnet sein, daß mit ihrer Hilfe die genaue Lage und Gestalt des dem jeweiligen Kollimator entsprechenden Meßfeldes auf dem Sekundärschirm des Bildverstärkers sichtbar ist. Weiterhin kann die Meßeinrichtung mit dem Kollimator oder den.Kollimatoren an einem Ausgang eines Bildverteilers bekannter Bauart benutzt werden. Auch kann die Regelung der Röntgenstrahlung oder die Regelung der. Empfindlichkeit des Meßsystems zwar über das gleiche Meßfeld wie die Messung, jedoch mit größerer Zeitkönstante erfolgen. Der Kollimator kann auch senkrecht.zu seiner Wirkungsrichtung verschwenkbar sein, so daß das Meßfeld durch diese Schwenkung verschoben werden kann.
AusfUhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Darstellung der Erfindung im Prinzip,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 zur Wirkungserklärung eines Kollimators,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Kollimatoren mit unterschiedlicher Wirkung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung mit Kollimatoren für unterschiedliche Zwecke,
Fig. 5 ein Beispiel mit zwei hintereinander angeordneten Kollimatoren,
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren anwählbaren Kollimatoren,
Fig. 7 ein Kollimator mit beigeordneter Lichtquelle.
In Fig. 1 ist mit 1 die optische Achse bezeichnet, mit 2 ein Röntgenstrahlen mit 3 schematisch ein Röntgenbildverstärker, dessen Primärschirm 4 dem Röntgenstrahier 2 zugewandt auf dem Röntgenbildverstärker J5 angeordnet ist und auf dessen Ausgangsseite sich der Sekundärleuchtschirm 5 befindet. Im Röntgenbildverstärker 3 soll in diesem Ausführungsbeispiel eine
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Verkleinerung des Bildes etwa 1 : 10 von dem Primärschirm 4 zum Sekundärleuchtschirm 5 hin erfolgen.
Mit 6 ist ein Basisobjektiv bezeichnet, mit 7 eine Photozelle und mit 8 schematisch eine Elektronik bzw. Schreibeinrichtung. Die bisher beschriebene Anordnung ist bekannt und nach1der Erfindung wird nun zwischen dem Basisobjektiv 6 und der Photozelle 7 ein Kollimator 9 angeordnet, dessen Ausführungen im einzelnen anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben werden.
Ein Kollimator 9 besteht im einzelnen z.B. aus einem würfel- oder zylinderförmigen Gehäuse mit in diesem angeordneten , und z.B. aus in parallelen Richtungen verlaufenden geschwärzten Blechen gebildeten Schächten oder Lamellen, Je nach der gewünschten Form der Meßf-lächa.
In Fig. 2 ist wiederum mit 1 die optische Achse bezeichnet und mit 6 das Basisobjektiv. Der Kollimator 9 besitzt·eine Tiefe b, eine Höhe c bzw. bei zylindrischer Ausbildung einen Durchmesser c sowie eine öffnung eines Einzelschachtes a, wobei diese öffnung gleich dem Abstand zwischen zwei Lamellen bzw. Schachtwänden 10 in der betrachteten Richtung ist»
Das Basisobjektiv 6 weist eine Brennweite f auf und in der Ebene des Leuchtschirmes 5 ist in Fig. 2 mit χ die Meßfeldgröße, z.B. Spaltbreite, in der betrachteten Richtung angegeben, die sich aus der Formel r- 2 f = χ errechnet, also von der Brennweite f des Basisobjektives 6 und den geometrischen Abmessungen des Kollimators abhängig ist. Hierbei wird ^ Schachtverhältnis des Kollimators 9 bezeichnet.
In Fig. 3 bezeichnet 1 wieder die optische Achse, 6 das Basisobjektiv und mit 11 und 12 sind zwei unterschiedliche Kollimatoren bezeichnet. Bei dem Kollimator 11 sind die Schachtviände 10 verhältnismäßig weit voneinander entfarnt
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angeordnet, so daß sich in der Darstellung, wie im unteren ; Teil der Fig. 3 gezeichnet, eine Meßfeldgröße x,. ergibt. ! Der Kollimator 12 weist im Gegensatz zu dem Kollimator 11 j dichter beieinanderliegende Schachtwände 10 auf, woraus sich, I wie ebenfalls im unteren Teil der Fig. 3 dargestellt, eine ! Meßfeldgröße X12 ergibt. Die Meßfeldgröße x.p liegt konzentrisch ; zur Meßfeldgröße X1., da beide Kollimatoren 11 und 12 parallel j zur optischen Achse 1 angeordnet sind. Sie sind hier im gleichen
j . Abstand zum Basisobjektiv 6 eingezeichnet, was aber nicht
i erforderlich ist.
ι In der schematischen Darstellung nach Flg. 4 ist wiederum
2 der Röntgenstrahier,3 der Bildverstärker, 6 das Basis- ; objektiv und 13, 14 sowie 15 sind die nach der Erfindung angeordneten Kollimatoren, an dessen Ausgängen jeweils Photo- : zellen 7 angeordnet sind. Mit l6 ist eine Meßeinrichtung ■ bezeichnet, die mit den Ausgängen der beiden hinter den ! Kollimatoren 13 und 14 angeordneten Photozellen 7 verbunden ! ist, während ein Regelverstärker 17 mit seinem einen Eingang ' I mit dem Ausgang der Photozelle 7> die hinter dem Kollimator ' angeordnet ist, verbunden ist, während ein Ausgang 18 des Regel-
Verstärkers 17 mit; der Meßeinrichtung 16 und der andere : Ausgang 19 mit einem Röntgengenerator 20, der seinerseits , mit dem Röntgenstrahier verbunden ist, in Verbindung steht.
Durch Einschaltung des Regelverstärkers 17 in angegebener V/eise ist estmöglich, entweder die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung l6 oder die Strahlendosis des Röntgenstrahlen in Abhängigkeit von der Helligkeit des dem Kollimator 15 entsprechenden Meßfeldes zu regeln .
In Fig. 5 ist 1 wiederum die optische Achse und 6 das Basisobjektiv. Die beiden Lamellen-Kollimatoren 21 und 22 sind in gleicher Weise ausgebildet und parallel zur optischen Achse hintereinander angeordnet und um eine Achse 23 gegeneinander verschwenkbar. Die dabei entstehenden Heßfeider sind im unteren Teil der Fig. 5 angegeben. Es ergeben sich bei parallel stehen-
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den Lamellen bei hintereinander angeordneten Kollimatoren 21 und 22 ein waagerechter Spalt 24 oder ein senkrechter Spalt 25 des Meßfeldes und bei Verschwenkung der Kollimatoren 21 und 22 um 90° gegeneinander ein quadratisches Meßfeld 26, dessen Kantenlänge 27 doppelt so groß ist wie die Breite 28 der Spalte 24 und 25'.
Fig. 6 zeigt' eine Vorrichtung, die es ermöglicht, Kollimatoren, die nebeneinander angeordnet sind, zeitlich nacheinander auszuwählen. Mit 6 sind wieder das Basisobjektiv und mit.7 die Photozelle bezeichnet. 29, 30 und 31 sind Kollimatoren mit
unterschiedlichen Schachtverhältnissen. Durch eine mechanische Blende 32 ist es möglich, jeweils einen der Kollimatoren 29,. 30 oder 31 anzuwählen, indem die Lage der öffnung 33 durch entsprechende" Mittel auf den Ausgang des angewählten Kollimators eingestellt wird.
In Fig. 7 ist 1 wiederum die optische Achse, 6 das Basisobjektiv. Ein Kollimator 34 ist parallel zur optischen Achse 1 angeordnet. Am Ausgang des Kollimators J>h ist neben der Photozelle 7 eine Lichtquelle 35 abgeschirmt gegen die Photozelle 7 angeordnet. Wird diese /Lichtquelle 35 eingeschaltet, so erscheint ■ auf dem Sekundärschirm 5 des Bildverstärkers eine dem Meßfeld entsprechende helle Fläche. Diese Meßfeldanzeige kann jeweils zwischen den Messungen zur Kontrolle der Meßfeldlage benutzt werden. Über die Anzeige des Meßfeldes hinaus kann, bei bekannter Helligkeit der Lichtquelle 35, diese auch zur Kalibriesung des Bildverstärker-Densitometers eingesetzt werden. Zu diesem Zwecke ist es lediglich erforderlich, die stabilisierte Lichtquelle 35 und den photoelektrischen Empfänger 7 gleichzeitig zu benutzen.
Patentansprüche: ,
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Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    /lJ Bildverstärker- Densitometer, bestehend aus einer Röntgenstrahlenquelle und einem Röntgenbildverstärker mit Basisobjektiv und einer oder mehreren Meßeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger dieser Meßeinrichtung als mechanischer Kollimator ausgebildet ist und aus Lamellen oder Schächten besteht, wobei das Schachtverhältnis dieser Schächte, bezogen auf die Brennweite des Basisobjektivs des Bildverstärkers und die elektronenoptische Vergrößerung des Bildverstärkers, die Meßfläche des BildverstHrker-Densitometers bestimmt. .
  2. 2. Bildverstärker-Densitometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aus Lamellen gäbiidete Kollimatoren hintereinander derart angeordnet undkegeneinander verschwenkbar sind', daß daraus durch Verschwenkung derselben gegeneinander unterschiedliche Meßfelder entstehen.
  3. 3. Bildverstärker-Densitometer nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Kollimatoren mit unterschiedlichem Meßfeld derart"nebeneinander angeordnet sind, daß eine schnelle Wahl eines dieser Meßfelder möglich wird.
  4. 4. Bildverstärker-Densitometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere Kollimatoren eine gemeinsame Photozelle, z.B. ein Sekundärelektronen-Vervielfacher, verwendet ist und daß die Wahl der Meßfelder durch eine mechanische Vorrichtung erfolgt.
  5. 5. Bildverstärker-Densitometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kollimatoren unterschiedliche Meßfelder, insbesondere solche unterschiedlicher Größe, bestimmen, und daß durch
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    zwei Photozellen oder durch eine mechanische Einrichtung vor einer Photozelle eine Relativmessung über die beiden Meßfelder gegeneinander erfolgt.
  6. 6. Bildverstärker-Densitometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über eines der Meßfelder die Intensität der Röntgenstrahlung oder die Empfindlichkeit des der Meßanordnung folgenden elektronischen Verstärkersystems geregelt ist.
  7. 7. Bildverstärker-Densitometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Photozelle eine Lichtquelle derart angeordnet ist, daß "mit ihrer Hilfe die genaue Lage und Gestalt des dem jeweiligen Kollimator entsprechenden Meßfeldes auf'dem Sekundärschirm des Bildverstärkers sichtbar ist.
  8. 8. Bildverstärker-Densitometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung mit dem Kollimator oder den Kollimatoren an einem Ausgang eines Bildverteilers bekannter Bauart benutzt ist.
  9. 9. Bildverstärker-Densitometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Röntgenstrahlung oder die Regelung der Empfindlichkeit des Meßsystems zwar über das gleiche Meßfeld wie die Messung, jedoch mit größerer Zeitkonstante erfolgt.
  10. 10. Bildverstärker-Densitometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator senkrecht zu seiner Wirkungsrichtung verschwenkbar ist, so daß das Meßfeld durch diese Schwenkung verschoben werden kann.
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