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Röntgendiagnostikeinrichtung für Durchleuchtung
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Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung-für Durchleuchtung
mit einer Bildverstärker-Fernsehkette, die einen Röntgenbildverstärker, eine Fernsehkamera
und einen Monitor aufweist, und mit einer Steuervorrichtung zum Verändern der Dosisleistung
und zum Konstanthalten des mittleren Videosignales bei sich ändernder Helligkeit
des Ausgangsbildes des Röntgenbildverstärkers.
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Eine derartige Einrichtung ist in der DE-AS 20 10 360 beschrieben.
Die Röntgenbildverstärker-Fernsehkette weist eine Steuervorrichtung auf, die durch
einen Schalter betätigt die Röntgendosisleistung erhöht und gleichzeitig die in
einer optischen Vorrichtung enthaltene, mechanisch zu betätigende Blende weiter
schließt, damit die mittlere Bildhelligkeit und somit das mittlere Videosignal konstant
bleiben Hierdurch wird erreicht, daß während der Durchleuchtung die Röntgendosisleistung
die meiste Zeit gering gehalten werden kann. Wird aber ein kontrastreiches, einwandfreies
Bild benötigt, kann die Röntgendosisleistung erhöht und damit das Quantenrauschen
vermindert werden.
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Als nachteilig hat sich hierbei gezeigt, daß entweder eine hohe Dosisleistung
oder ein großes Quantenrauschen in Kauf genommen werden muß. Außerdem ist ein Schalter
zu betätigen, der den Arzt von seiner Aufgabe, der Untersuchung des Patienten, ablenken
kann.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagnostikeinrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei geringer Dosisbelastung des Patienten
bei der Röntgendurchleuchtung das störende Quantenrauschen im Röntgenfernsehbild
erheblich reduziert ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vergleichsschaltung
und ein Bildspeicher zwischen der Fernsehkamera und dem Monitor vorgesehen sind,
daß die Vergleichsschaltung so ausgebildet ist, daß die Speicherplätze des Bildspeichers
synchron mit dem Videosignal abgefragt werden, daß die Vergleichsschaltung einen
Detektor für bewegungskennzeichnende Helligkeitsunterschiede der Bildpunkte zweier
aufeinanderfolgender Bilder und für die Bildung von diesen Helligkeitsunterschieden
entsprechenden Signalen aufweist, daß in der Vergleichs schaltung eine vom Detektor
gesteuerte Korrekturvorrichtung vorhanden ist, die die gespeicherten Informationen
in Abhängigkeit von den Detektor-Ausgangssignalen im Sinne eines Angleiches an das
jeweilige Videosignal korrigiert, und daß die Vergleichs schaltung die Steuervorrichtung
derart beeinflußt, daß die Röntgendosisleistung in Abhängigkeit von den Detektor-Ausgangssignalen
um so größer ist, je größer die Helligkeitsunterschiede sind. Durch die erfindungsgemäße
Röntgendiagnostikeinrichtung wird der Patient bei geringer Bewegung nur wenig belastet
und das statistisch auftretende Quantenrauschen durch eine Integration über einen
längeren Zeitraum eliminiert. Bei starker Bewegung wird die Dosisleistung erhöht
und auf eine Integration verzichtet, da nunmehr das Quantenrauschen nur noch gering
ist.
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Ein einfacher Aufbau des Detektors wird erreicht, wenn er eine Vorrichtung
zur Bildung von Mittelwertsignalen
aufweist, die der mittleren Bildhelligkeit
in Meßbereichen des Fernsehbildes entsprechen, wenn die Mittelwertsignale einem
Subtrahierer zugeführt werden, in dem sie von den in einem Meßwertspeicher gespeicherten
Mittelwertsignalen des vorhergehenden Bildes abgezogen werden, und wenn eine nachgeschaltete
Mittelwertschaltung vorhanden ist, die die Mittelwerte der Ausgangssignale des Subtrahierers
für ein Fernsehbild bildet, und deren Ausgangssignal die Korrekturvorrichtung und
die Steuervorrichtung beeinflußt. Eine zweckmäßige Ausbildung der Korrekturvorrichtung
ergibt sich, wenn sie eine Multiplikationsstufe enthält, die die von dem Bildspeicher
abgefragten Werte mit dem vom Detektor erzeugten Wert multipliziert, wenn ein Subtrahierer
nachgeschaltet ist, in dem von dem Multiplikationsergebnis der Originalwert abgezogen
wird, wenn ein Addierer mit dem Subtrahierer und der Fernsehkamera verbunden ist,
in dem das Ergebnis des Subtrahierers mit einem dem Videosignal entsprechenden Wert
überlagert wird, und wenn der Ausgang des Addierers mit einer Divisionsstufe verbunden
ist, in der der so gebildete Summenwert durch den vom Detektor erzeugten Wert dividiert
und das Ausgangssignal der Divisionsstufe dem Bildspeicher zur Einspeicherung zugeführt
wird.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Vergleichsschaltung,
der Bildspeicher und die Steuervorrichtung digitale Schaltkreise aufweisen und durch
einen A/D-Wandler und einen D/A-Wandler zwischen Fernsehkamera und Monitor eingeschaltet
sind. Eine Anpassung der Helligkeit des Eingangsbildes der Fernsehkamera an die
Helligkeit des Ausgangsbildes des Röntgenbildverstärkers bei zwischengeschalteter
Linsenoptik wird erreicht, wenn zwischen dem Röntgenbildverstärker und der Fernsehkamera
eine mechanisch verstellbare Blende
angeordnet ist, die das mittlere
Videosignal bei sich ändernder Helligkeit des Ausgangsbildes des Röntgenbiverstarkers
konstant hält. Eine Helligkeitsanpassung des Fernsehkameraeingangsbildes bei zwischen
Röntgenbildverstärker und Fernsehkamera liegender Faseroptik läßt sich erreichen,
wenn zwischen dem Röntgenbildverstärker und der Fernsehkamera eine elektrisch gesteuerte
Lichtflußblende angeordnet ist, die das mittlere Video signal konstant hält.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer
erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikeinrichtung, Fig. 2 eine Aufteilung des Fernsehbildes
in Meßbereiche zur Erläuterung des Detektors der Röntgendiagnostikeinrichtung gemaß
Figur 1, Fig. 3 ein Blockschaltbild des Detektors der Röntgendiagnostikeinrichtung
gemäß Figur 1, und Fig. 4 ein Blockschaltbild der Korrekturvorrichtung der Röntgendiagnostikeinrichtung
gemäß Figur 1.
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In der Figur 1 ist eine Röntgenröhre 1 dargestellt, in deren Strahlengang
sich ein Patient 2 befindet. Ein Röntgenbild wird auf dem Eingangsleuchtschirm eines
Röntgenbildverstärkers 3 erzeugt, der durch eine optische Vorrichtung 4 mit einer
Fernsehkamera 5 verbunden ist. Das Ausgangssignal der Fernsehkamera 5 ist einem
A/D-Wandler 6 (Analog/Digital-Wandl-er) zugeführt,
dessen Ausgang
mit einer Vergleichs schaltung 7 verbunden ist. Das Ausgangs signal der Vergleichsschaltung
7 wird in einem Bildspeicher 8 gepeichert. Das digitale Ausgangs signal des Bildspeichers
8 wird über einen D/A-Wandler 9 (Digital/Analog-Wändler) .als analoges Videosignal
einem Monitor 10 zugeführt.
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Bei der Digitalisierung durch den A/D-Wandler 6 wird das Fernsehbild
in einzelne Bildpunkte zerlegt, denen je ein digitaler Wert zugeordnet ist. Diese
Bildpunkte sind in Figur 2 auszugsweise dargestellt. Zur Vereinfachung der Verarbeitung
des digitalen Videosignales in der Vergleichs schaltung 7 sind n x n Bildpunkte
zu einem Meßbereich zusammengefaßt. Die gesamte Anzahl der Meßbereiche (m x m) bildet
ein vollständiges Fernsehhalbbild.
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Das in Bildpunkte beinhaltende digitale Signal wird einer Korrekturvorrichtung
11 und einem Detektor 12 zugeführt, die gemeinsam die Vergleichsschaltung 7 bilden.
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In dem Detektor 12 werden in einer in Figur 3 dargestellten Vorrichtung
20 die Mittelwerte von n x n Bildpunktwerten, die die Bildpunkthelligkeit wiedergeben,
errechnet. Das digitale Bildsignal wird einem ersten Addierer 24 zugeführt, der
den Eingang der Vorrichtung 20 bildet. Der Ausgang des Addierers 24 ist mit einem
Zeilenspeicher 25 verbunden, dessen Ausgang-auf den Addierer 24 geführt ist. Durch
diese Anordnung werden jeweils n Bildpunktwerte einer Zeile innerhalb eines Meßbereiches
aufsummiert. Sind alle Bildpunktwerte der Zeile erfaßt, so wird in einer dem Zeilenspeicher
25 nachgeschalteten ersten Divisionsstufe 26 der digitale Mittelwert der entsprechenden
Zeile gebildet. Das Ausgangssignal
der ersten Divisionsstufe 26
wird einem zweiten Addierer 27 zugeführt, dessen Ausgang mit einem Speicher 28 verbunden
ist, der eine Rückführung auf den Addierer 27 aufweist. Hier werden n Zeilenmittelwerte
aufsummiert und in einer nachgeschalteten zweiten Divisionsstufe 29 zur Mittelwertbildung
im Meßbereich durch die Zeilenanzahl n dividiert. In einem nachgeschalteten Register
30 wird der Mittelwert zwischengespeichert.
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Das an dem Register 30 anliegende Ausgangssignal der Vorrichtung 20
wird einem Subtrahierer 21 und einem Meßwertspeicher 22 zugeführt, dessen Ausgang
ebenfalls mit dem Subtrahierer 21 verbunden ist. In dem Meßwertspeicher 22 sind
die Mittelwerte der Helligkeit des vorhergehenden Fernsehhalbbildes gespeichert.
In dem Subtrahierer 21 wird die Differenz eines am Ausgang des Registers 30 anliegenden
Mittelwertes der Helligkeit eines Meßbereiches und des zum vorhergehenden Halbbild
gehörenden gespeicherten Helligkeitsmittelwertes desselben Meßbereiches gebildet.
Der absolute Betrag dieser Differenz wird über einen Addierer 31 der Mittelwertschaltung
23 in einem Differenz-Summen-Speicher 32 gespeichert. Anschließend wird der Ausgangswert
des Registers 30 in den Meßwertspeicher 22 eingelesen.
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Der Ausgang des Differenz-Summen-Speichers 32 Ist mit dem Addierer
31 verbunden, so daß die Beträge der Differenzen sämtlicher Meßbereiche aufsummiert
werden können. Die Ausgangswerte des Speichers 32 werden einer Divisionsstufe 33
zugeführt, die den gesamten Helligkeitsmittelwert M eines Fernsehhalbbildes bildet,
der in einem nachgeschalteten Register 34 gespeichert wird.
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Der Ausgangswert des Registers 34 wird einer AnpaB-
stufe
35 zugeführt, die den Ausgangswert A des Detektors 12 liefert. Dieser Wert beeinflußt
die Korrekturvorrichtung 11 und die Steuervorrichtung 13.
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Der Ausgangswert A berechnet sich aus dem Mittelwert M nach folgender
mathematischer Formel: A=2CM Zur Bildung des Ausgangswertes A wird die Ziffer 2
mit einer Konstanten C abzüglich des Helligkeitsmittelwertes M potenziert. In dem
beschriebenen Beispiel wurde als Konstante C der Wert 7 gewählt. Entstehen nun in
zwei aufeinanderfolgenden Fernsehhalbbildern große Helligkeitsunterschiede, die
eine starke Bewegung des Patienten 2 bedeuten, so weist der Helligkeitsmittelwert
M einen großen Wert auf. Erreicht dieser den Maximalwert von 7, so ergibt sich nach
der Formel für den Ausgangswert A der Wert 1. Bei geringer Bewegung dagegen nimmt
der Helligkeitsmittelwert M einen kleinen Wert an, so daß der Ausgangswert A bei
beispielsweise verschwindendem Mittelwert den Maximalwert 128 annehmen kann. Dieser
berechnete Ausgangswert A ist in dem Register 34 gespeichert und liegt während eines
gesamten Fernsehhalbbildes am Ausgang des Detektors 12 an.
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Die Funktionsweise der Korrekturvorrichtung 11 soll nun anhand der
Figur 4 näher erläutert werden. Die in dem Bildspeicher 8 gespeicherten Werte werden
synchron mit den von der Fernsehkamera 5 gelieferten Werten abgefragt und einem
Register 40 zugeführt. Der Ausgang des Registers 40 ist mit einer Multiplikationsstufe
41 und einem Subtrahierer 42 verbunden. In der Multiplikationsstufe 41 wird der
Wert des Speichers 8 mit dem von dem Detektor 12 gelieferten Wert multipliziert.
Das Ergebnis
wird ebenfalls dem Subtrahierer 42 zugeführt, in dem
von ihm der Wert des Registers 40 abgezogen wird. Ein nachgeschaltetes Register
43 dient zur Zwischenspeicherung des Ergebnisses.
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Das von dem A/D-Wandler 6 digitalisierte Video signal wird in ein
Register 44 eingegeben. Die Ausgangswerte der Register 43 und 44 werden in einem
Addierer 45 überlagert und in einem weiteren Register 46 gespeichert, dessen Ausgang-mit
einer Divisionsstufe 47 verbunden ist. Hierin wird der Ausgangswert des Registers
46 durch den vom Detektor 12 gelieferten Wert dividiert.
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Das Ergebnis wird in den Speicher 8 eingelesen und gelangt somit über
den D/A-Wandler 9 zur Anzeige auf den Monitor 10.
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Durch die Korrekturvorrichtung 11 wird also folgendes erreicht: Von
dem im Speicher 8 eingeschriebenen Bild wird der A-te Teil abgezogen und durch das
mit 1/A multiplizierte laufende Durchleuchtungsbild ersetzt.
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Dadurch wird bei geringer Bewegung nur ein kleiner Teil des Bildes
ausgetauscht, während bei maximaler Bewegung das komplette Fernsehhalbbild ersetzt
wird.
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Da bei geringer Bewegung nur ein Teil des Bildes ausgetauscht wird,
also der Bildinhalt im Speicher 8 ein über bis zu 128 Abtastungen integriertes Bild
enthält, ist es wegen des statistischen Auftretens des Quantenrauschens nicht erforderlich,
den Patienten mit einer hohen Röntgendosisleistung zu belasten, da durch die Integration
diese statistischen Fehler eliminiert oder zumindest erheblich reduziert werden.
Damit aber das Quantenrauschen bei starken Bewegungen nicht stören kann, wird die
Röntgendosisleistung erhöht. Gleichzeitig drosselt eine in der optischen Vorrichtung
4 angeordnete
Blende den Lichtfluß, damit eine Ubersteueiung der
Fernsehkamera vermieden wird und das mittlere Videosignal etwa konstant bleibt.
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Diese Steuerung der Dosisleistung und der Blende übernimmt eine Steuervorrichtung
13, die eine Dosisleistungsregeleinrichtung 14 und eine Blendensteuereinrichtung
15 aufweist. Der Dosisleistungsregeleinrichtung 14 werden das Ausgangssignal des
Detektors 12 und das zu speisende digitale Bildsignal der Korrekturvorrichtung 11
zugeführt.
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Die Ausgangswerte der Korrekturvorrichtung 11 dienen zur Konstanthaltung
der mittleren -Bildhelligkeit unter Berücksichtigung der in der Röntgentechnik üblichen
Meßdominante. Hierfür werden die Spannung und der Strom der Röntgenröhre 1 im Röntgengenerator
16 gesteuert.
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Ein Abtasten des aktuellen Videosignales zur Regelung der mittleren
Bildhelligkeit wäre auch denkbar; aber zur Vermeidung des Weglaufens des Mittelwertes
der Bildhelligkeit bei langen Integrationsseiten ist es zweckmäßig, die Meßwerte
aus der Summe der Einzelbilder zu gewinnen.
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Der Ausgangswert des Detektors 12 beeinflußt auch die Regelung der
Röntgendosisleistung des Röntgengenerators 16 derart, daß bei großer Bewegung die
Dosisleistungswerte des Röntgengenerators zusätzlich erhöht werden. -Gegensinnig
dazu wird die Blendensteuereinrichtung 15 veranlaßt, die Blende zu schließen und
dadurch die auf die Fernsehkamera 5 auftreffende Lichtmenge zu reduzieren.
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Bei der beschriebenen Röntgendiagnostikeinrichtung besteht zwischen
der Bewegung, der Bewertung, d.h. der
Anzahl der Abtastungen bei
der Integrierung, der Dosisleistung und der BLendenöffnung folgender Zusammenhang:
Ist die Bewegung groß, wird das Bild nur über eine geringe Zahl von Abtastungen
integriert bei gleichzeitiges hoher Dosisleistung und kleiner Blendenöffnung. Ist
dagegen die Bewegung nur-klein, wird das Bild über viele Abtastungen integriert
bei gleichzeitiger niedriger Dosisleistung und großer Blendenöffnung.
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Dadurch wird aufgrund der Änderung der Dosisleistung und der Blendenöffnung
um den gleichen Faktor eine schnelle Anpassung der Dosisleistung an Bewegungsvorgänge
erreicht und gleichzeitig eine konstante Aussteuerung der Fernsehkamera sichergestellt.
Damit kann die Durchleuchtung bei niedrigen Dosisleistungen bei gleichzeitig geringem
Quantenrauschen erfolgen.
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4 Figuren 6 Patentansprüche
Zusammenfassung Röntgendiagnostikeinrichtung
für Durchleuchtung Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung für
Durchleuchtung mit einer Bildverstärker-Fernsehkette, die einen Röntgenbildverstärker
(3), eine Fernsehkamera (5), eine Vergleichsschaltung (7), einen Bildspeicher (8)
und einen Monitor (10) aufweist, und mit einer Steuervorrichtung (13) zum Verändern
der Dosisleistung und zum Konstanthalten des mittleren Videosignales bei sich ändernder
Helligkeit des Ausgangsbildes des Röntgenbildverstärkers (3). Die Vergleichsschaltung
(7) ist so ausgebildet, daß die Speicherplätze des Bildspeichers (8) synchron mit
dem Videosignal abgefragt werden. Die Vergleichsschaltung (7) weist einen Detektor
(12) für bewegungskennzeichnende Helligkeitsunterschiede der Bildpunkte zweier aufeinanderfolgender
Bilder und für die Bildung von diesen Helligkeitsunterschieden entsprechenden Signalen
und eine vom Detektor (12) gesteuerte Korrekturvorrichtung auf, die die gespeicherten
Informationen in Abhängigkeit von den Detektor-Ausgangssignalen im Sinne eines Angleiches
an das jeweilige Video signal korrigiert. Die Vergleichsschaltung (7) beeinflußt
die Steuervorrichtung (13) derart, daß die Röntgendosisleistung in Abhängigkeit
von den Detektor-Ausgangs signalen um so größer ist, je größer die Helligkeitsunterschiede
sind.
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FIG. 1
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