DE3623053A1 - Roentgenstereoeinrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenstereoeinrichtung mit
zwei in geringem Abstand angeordneten Röntgenstrahlen
quellen, deren Zentralstrahlen sich in der Aufnahmeebene
schneiden, mit einer Röntgenbildverstärker-Fernsehkette,
die einen Röntgenbildverstärker, auf dessen Eingangs
leuchtschirm die von beiden Röntgenstrahlenquellen zeit
lich hintereinander erzeugten Bilder erscheinen, eine
Fernsehkamera zur Aufnahme der Röntgenbildverstärker-Aus
gangsbilder und zur Erzeugung von Videosignalen, an der
Fernsehkamera angeschlossene Speichermittel für die Spei
cherung der Videosignale von Stereobildern und ein Ste
reowiedergabegerät enthält, bei der zwischen den Spei
chermitteln und dem Stereowiedergabegerät Additionsstufen
angeordnet sind, die dem Ausgangssignal der Speichermit
tel von einem Signalgenerator erzeugte, in ihrer Lage
veränderbare Signale überlagern. Derartige Röntgenstereo
einrichtungen werden benutzt, um bei der Durchleuchtung
Röntgenbilder räumlich betrachten zu können.
Aus der US-PS 4 85 815 ist eine Vorrichtung zur Punktie
rung unter Sichtkontrolle mit einer Röntgenfernsehein
richtung beschrieben. Die Punktierungsvorrichtung besteht
aus einem linealähnlichen Träger, in dessen Mitte die
Punktierungsnadel befestigt ist. Damit eine direkte Be
strahlung der Hände vermieden wird, kann der Träger an
beiden Enden angefaßt werden. Die Nadel wird dabei derart
ausgerichtet, daß sie in Richtung der Röntgenstrahlen
weist. Hierdurch läßt sich zwar die Richtung des Nadel
einstiches erkennen; eine genaue Ausrichtung des Ein
stichkanals ist aber nur durch Verschwenken der Röntgen
diagnostikeinrichtung möglich. Es läßt sich aber hierbei
die Einstichtiefe nicht erkennen.
Zur genaueren Erkennbarkeit der räumlichen Anordnung wird
deshalb häufig eine Röntgenstereoeinrichtung mit Fernseh
bildwiedergabe verwendet, die beispielsweise aus der
DE-PS 30 06 749 bekannt ist und bei der die beiden in
Stereobasis angeordneten Röntgenstrahlenquellen derart
gesteuert werden, daß zwei ein Stereobildpaar bildende
Aufnahmen mit geringer Zeitdifferenz entstehen. Diese
Aufnahmen werden in bekannter Weise von einer Fernseh
kamera abgetastet und in je einem Bildspeicher zwischen
gespeichert. Anschließend wird das gespeicherte Bildpaar
auf zwei Bildröhren wiedergegeben, deren Bilder jeweils
einem Auge getrennt zugeführt werden. Als nachteilig hat
sich hierbei erwiesen, daß der Operateur nicht jedesmal
in der Lage war, allein aus dem visuellen Eindruck der
auf der Haut aufgesetzten Nadel, die nur zum Teil am
Rande des Stereobildes zu sehen ist, den resultierenden
Einstichkanal in der geforderten Genauigkeit zu erkennen.
Hierzu ist aus der DE-OS 29 36 259 eine Vorrichtung zum
Punktieren von Organen bekannt, bei der an einem Ultra
schall-Applikator eine Führungsvorrichtung für eine Punk
tionsnadel angebracht ist, die mit dem Ultraschallgerät
derart verbunden ist, daß in Abhängigkeit von der Stel
lung des Führungskanales ein die Einstichrichtung kenn
zeichnender Leitstrahl in das Ultraschallbild eingeblendet
wird. Aber auch hier ist wegen der nur zweidimensionalen
Darstellung eine genaue Punktierung nicht möglich. Außer
dem hat der Operateur bei der Punktierung nicht seine
volle Bewegungsfreiheit. Zum einen muß er das Ultra
schall-Array halten, an dem die Führung angebracht ist.
Weiterhin muß er dann die Nadel in diese Führung einbrin
gen und nach Ausrichtung der Nadel diese in den Körper
einbringen. Eine genaue Ermittlung der Einstichtiefe ist
hierbei auch nicht möglich.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine gattungs
gemäße Röntgenstereoeinrichtung zu schaffen, die ohne zu
sätzlichen Aufwand für den Operateur eine äußerst genaue
Führung beispielsweise einer Punktionsnadel ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Videosignal dem Signalgenerator zugeführt wird, der einen
Detektor für in dem Videosignal enthaltene Bildmuster
aufweist und daß an dem Detektor eine PLL-Schaltung zur
Erzeugung eines dem Bildmuster entsprechenden Signales
zur Einblendung in das Stereobild angeschlossen ist, de
ren Ausgang mit einer Schaltstufe verbunden ist, der wei
terhin das Ausgangssignal des Detektors zugeführt wird
und die derart ausgebildet ist, daß sie bei fehlendem
Bildmuster eine Enblendung des erzeugten Signales in das
Videosignal bewirkt. Durch diese Vorrichtung wird es er
möglicht, daß mit dem Erscheinen beispielsweise einer
Punktionsnadel in dem Stereobild ein räumlich angeordne
ter Leitstrahl in das Stereobild eingeblendet wird, der
den vorgesehenen Weg der Punktionsnadel kennzeichnet.
Durch die räumliche Betrachtungsweise kann auch hierbei
leicht die erforderliche Eindringtiefe beispielsweise
unter Sichtkontrolle ermittelt werden.
Der für die Bestimmung der Position beispielsweise der
Nadel irrelevante Bildinhalt kann weitgehend eliminiert
werden, wenn der Detektor ein Bandpaß-Filter aufweist,
das aus dem Videosignal das Signal des Bildmusters her
ausfiltert. Unterschiedliche Nadeldurchmesser, Vergröße
rungsverhältnisse und Abbildungswinkel lassen sich be
rücksichtigen, wenn das Bandpaß-Filter einstellbar ist.
Einen einfachen Aufbau für den Detektor erhält man, wenn
er eine Schwellwertschaltung und ein Differenzierglied
aufweist, die an dem Bandpaß-Filter angeschlossen sind,
und wenn die Ausgänge der Schwellwertschaltung und des
Differenziergliedes in einem UND-Glied zusammengefaßt
werden. Ein einfaches Erkennen des Endes des Bildmusters
wird erreicht, wenn die Schaltstufe einen monostabilen
Multivibrator aufweist, der an dem Detektor angeschlos
sen ist. Die Röntgenstereoeinrichtung läßt sich vorteil
haft bei der Punktion verwenden, wenn das Bildmuster eine
Abbildung einer Nadel ist und wenn bei fehlender Abbil
dung innerhalb eines Stereobildes ein in Richtung der
Nadel kennzeichnender Leitstrahl eingeblendet wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeich
nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Röntgenstereoeinrichtung und
Fig. 2 ein Blockschaltbild des in Fig. 1 darge
stellten Signalgenerators.
In der Fig. 1 ist eine Röntgenstereoeinrichtung mit ei
nem Röntgengenerator 1 zur Erzeugung der Hochspannung für
zwei, hier nur symbolisch dargestellte Röntgenröhren 2
und 3 als Röntgenstrahlenquellen dargestellt. Anstelle
zweier Röntgenröhren 2 und 3 läßt sich auch eine Stereo
röntgenröhre mit zwei im Abstand angeordneter, getrennter
Brennflecke verwenden. Die Röntgenstrahlen durchdringen
das Aufnahmeobjekt 4 und erzeugen auf dem Eingangsleucht
schirm des Röntgenbildverstärkers 5 ein Strahlenbild, das
auf dem Ausgangsleuchtschirm des Röntgenbildverstärkers 5
von einer Fernsehkamera 7 über eine Optik 6 aufgenommen
wird. Das Videosignal der Fernsehkamera 7 ist einem
Schalter 8 zugeführt, der die Videosignale auf zwei Spei
cher 9 und 10 alternierend durchschaltet.
Den Ausgangssignalen der beiden Speicher 9 und 10 werden
in zwei Addierern 11 und 12 Signale überlagert, die ein
Signalgenerator 13 erzeugt. Die Summensignale werden zwei
Bildröhren 14 und 15 zugeführt, die in einem Stereowie
dergabegerät 16 untergebracht sind. Die beiden Bildröhren
14 und 15 sind beispielsweise durch eine Zwischenwand 17
getrennt und können durch Öffnungen 18 von einem Beobach
ter 19 betrachtet werden, wobei jedes Bild auf den Bild
röhren 14 und 15 getrennt nur einem Auge des Beobach
ters 19 zugeführt wird. Eine Zentraleinheit 20 steuert
den Funktionsablauf sämtlicher Komponenten und synchro
nisiert die Videosignale.
Im folgenden wird nun die Funktionsweise der Röntgenste
reoeinrichtung beschrieben. Von der Zentraleinheit 20 ge
steuert aktiviert der Röntgengenerator 1 zuerst die Rönt
genröhre 2, die ein Strahlenbündel in Richtung auf das
Aufnahmeobjekt 4 aussendet. Dieses erste Teilbild wird
von der Fernsehkamera 7 aufgenommen und dessen Videosi
gnal im Speicher 9 abgespeichert. Nach erfolgter Aufnahme
wird der Schalter 8 umgeschaltet und anschließend die
Röntgenröhre 3 eingeschaltet, die ihrerseits ein Strah
lenbündel aussendet, das das Aufnahmeobjekt 4 durchdringt
und ein Strahlenbild auf dem Eingangsleuchtschirm des
Röntgenbildverstärkers 5 erzeugt. Das dem zweiten Teil
bild entsprechende Videosignal der Fernsehkamera 7 wird
nunmehr dem Speicher 10 zugeleitet. Ist auch das zweite
Teilbild abgespeichert, kann der Aufnahmevorgang beendet
werden. Die an dem Stereowiedergabegerät 16 anliegenden
Videosignale erzeugen zwei Bilder, die aufgrund ihres
räumlichen Versatzes dem Beobachter 19 ein räumliches
Bild darbieten.
In der Fig. 2 ist der Schaltungsaufbau des Signalgene
rators 13 für einen Stereokanal dargestellt. Für den
zweiten Stereokanal wäre die gleiche Schaltungsanordnung
vorzusehen. Das Videosignal BAS wird beispielsweise von
dem Bildspeicher 9 einem ein in seiner Frequenz einstell
bares Bandpaß-Filter 22 als Eingangsstufe aufweisenden
Detektor 21 zugeführt, der mit einer Schwellwertschaltung
23 und einem Differenzierglied 24 verbunden ist. Die Aus
gänge der Schwellwertschaltung 23 und des Differenzier
gliedes 24 sind mit den beiden Eingängen eines UND-Glie
des 25 verbunden.
An dem UND-Glied 25 des Detektors 21 ist eine PLL-Schal
tung 26 (Phase Locked Loop) angeschlossen, die als Ein
gangsstufe einen Phasenvergleicher 27 aufweist, der mit
einem Tiefpaß 28 verbunden ist. Das Ausgangssignal des
Tiefpasses 28 wird über eine Sample-Hold-Schaltung 29
einem Oszillator 30, beispielsweise einem VCO (Voltage
Controlled Oszillator), zugeführt. Das Ausgangssignal des
Oszillators 30 wird auf den Phasenvergleicher 27 zurück
gekoppelt, der die Phase des Ausgangssignales des UND-
Gliedes 25 mit der des Ausgangssignales des Oszillators
30 vergleicht.
Der Oszillator 30 ist über einen ersten monostabilen Mul
tivibrator 31 mit einer Schaltstufe 32 verbunden, die
über einen Transistor 33, beispielsweise einen Feldef
fekttransistor, das Ausgangssignal des ersten monostabi
len Multivibrators 31 mit dem Addierer 11 verbindet, in
dem es mit dem Videosignal BAS überlagert wird, so daß es
auf dem Stereo-Wiedergabegerät 16 dargestellt werden
kann. Der Transistor 33 wird von einem zweiten monostabi
len Multvibrator 34 angesteuert, dem das Ausgangssignal
des UND-Gliedes 25 zugeführt wird.
Aus dem Nadeldurchmesser, den vorliegenden Vergrößerungs
verhältnissen und dem maximalen Winkel der Abbildung der
Nadel relativ zur Vertikalen läßt sich der Frequenzbe
reich ermitteln, innerhalb welchem das elektrische Fre
quenzspektrum liegt, welches die Abbildung der Nadel im
Fernsehbild repräsentiert. Auf dieses Frequenzspektrum
wird das Bandpaß-Filter 22 eingestellt, das den zur Be
stimmung der Position der Nadel irrelevanten Bildinhalt
weitgehend eliminiert, so daß nach Passieren des Band
paß-Filters 22 das Videosignal nur noch das Signal der
Nadel enthält. Zur Ermittlung der Mittellinie der abge
bildeten Nadel wird das Ausgangssignal des Bandpaß-Fil
ters 22 der Schwellwertschaltung 23 zugeführt, die so
eingestellt ist, daß nur bei Vorhandensein eines genügend
starken Signales ein H-Signal erzeugt wird. Gleichzeitig
wird das Ausgangssignal des Bandpaß-Filters 22 einem Dif
ferenzierglied 24 zugeführt, das ein H-Signal erzeugt,
wenn der erste Differentialquotient des Eingangssignales
Null ist. Beim Anlegen beider H-Signale an den Eingängen
des UND-Gliedes 25 gibt dieses ein H-Signal an die PLL-
Schaltung 26 ab.
In dem Phasenvergleicher 27 wird das Ausgangssignal des
UND-Gliedes 25 mit dem des auf die Zeilenfrequenz abge
stimmten spannungsgesteuerten Oszillators 30 verglichen.
Das Ausgangssignal der Phasenvergleichsstufe 27 gelangt
über den Tiefpaß 28 zum Oszillator 30, dessen Frequenz
und Phase mittels dieser Regelschaltung eingestellt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, Frequenz- und Phasenlage
der von dem Oszillator 30 erzeugten Ausgangsspannung ge
nau auf den geforderten, von der Nadel vorgegebenen Ver
lauf zu bringen.
Da das Nadelsignal aus einem Röntgenfernsehbild gewonnen
wurde, ist es mit Röntgenquantenrauschen überlagert. Es
würde sich daher ein nicht gerader Verlauf der Nadel er
geben. Durch entsprechende Dimensionierung des Tiefpaß-
Filters 28 ist es jedoch möglich, den störenden Einfluß
dieses Rauschens zu eliminieren. Hierbei wirkt die PLL-
Schaltung 26 wie eine Schwungradsynchronisation, bei der
sich die Abweichung zur Soll-Lage positiver und nega
tiver Richtung aufhebt.
Damit die PLL-Schaltung 26 innerhalb kurzer Zeit einen
vollständigen Abgleich von Phase und Frequenz durchführen
kann, kann die Position der Nadel bei Bildbeginn separat
gespeichert werden, um die PLL-Schaltung während der ver
tikalen Austastlücke bereits auf den gewünschten Wert
einschwingen zu lassen.
Nachdem der Abtaststrahl, der sich in vertikaler Richtung
von oben nach unten bewegt, die Nadelspitze passiert hat,
wird mittels der Sample-Hold-Schaltung 29 die Ansteuer
spannung für den Oszillator 30 konstant gehalten, so daß
der Regelkreis unterbrochen wird. Dadurch schwingt der
Oszillator 30 in der richtigen, dem Nadelverlauf angepa
ßten Phasenlage weiter.
Der an dem Oszillator 30 angeschlossene monostabile Mul
tivibrator 31 setzt die Wechselspannung des Oszillators
30 in Impulse mit definierter Breite um, die eine Ein
blendung einer dünnen Leitlinie in das Fernsehbild bewir
ken. Da die Abbildung der Nadel im allgemeinen dunkler
als die übrigen Teile des Stereobildes sind, erfolgt die
Einblendung des Ausgangssignales des ersten monostabilen
Multivibrators 31 als weiße, den Nadelverlauf fortsetzen
de Linie. Bei Verwendung eines astabilen Multivibrators,
der zwischen Transistor 33 und zweitem monostabilen Mul
tivibrator geschaltet werden kann, läßt sich die Leit
linie auch punktiert oder gestrichelt darstellen.
Der monostabile Multivibrator 34 der Schaltstufe 32 er
kennt, ob die abgeleiteten Nadelimpulse des UND-Gliedes
25 vorhanden sind. Fehlen diese Signale über eine ein
stellbare Zeit, beispielsweise 310% der horizontalen
Zeilendauer, das bedeuten würde, daß drei Zeilen lang
kein Nadelimpuls mehr festgestellt werden konnte, so wird
der Transistor 33 derart angesteuert, daß er leitend
wird, so daß die Ausgangssignale des ersten monostabilen
Multivibrators 31 der Additionsstufe 11 zugeführt werden.
Die Ausgangsimpulse des zweiten monostabilen Multivibra
tors 34 können auch der Sample-Hold-Schaltung 29 zur
Steuerung zugeführt werden. Erkennt der zweite monosta
bile Multivibrator 34 das Ende der Nadel, wird durch die
Sample-Hold-Schaltung 39 der Regelkreis unterbrochen und
die Regelspannung auf ihrem letzten Wert konstant gehal
ten.
Claims (6)
1. Röntgenstereoeinrichtung mit zwei in geringem Abstand
angeordneten Röntgenstrahlenquellen (2, 3), deren Zen
tralstrahlen sich in der Aufnahmeebene schneiden, und mit
einer Röntgenbildverstärker-Fernsehkette (5 bis 18), die
einen Röntgenbildverstärker (5), auf dessen Eingangs
leuchtschirm die von beiden Röntgenstrahlenquellen (2, 3)
zeitlich hintereinander erzeugten Bilder erscheinen, eine
Fernsehkamera (7) zur Aufnahme der Röntgenbildverstärker-
Ausgangsbilder und zur Erzeugung von Videosignalen (BAS),
an der Fernsehkamera (7) angeschlossene Speichermittel
(9, 10) für die Speicherung der Videosignale (BAS) von
Stereobildern und ein Stereowidergabegerät (16) enthält,
bei der zwischen den Speichermitteln (9, 10) und dem Ste
reowiedergabegerät (16) Additionsstufen (11, 12) angeord
net sind, die dem Ausgangssignal der Speichermittel (9,
10) von einem Signalgenerator (13, 21 bis 34) erzeugte,
in ihrer Lage veränderbare Signale überlagern, da
durch gekennzeichnet, daß das Vi
deosignal (BAS) dem Signalgenerator (13, 21 bis 34) zu
geführt wird, der einen Detektor (21) für in dem Video
signal (BAS) enthaltene Bildmuster aufweist und daß an
dem Detektor (21) eine PLL-Schaltung (26) zur Erzeugung
eines dem Bildmuster entsprechenden Signales zur Einblen
dung in das Stereobild angeschlossen ist, deren Ausgang
mit einer Schaltstufe (32) verbunden ist, der weiterhin
das Ausgangssignal des Detektors (21) zugeführt wird und
die derart ausgebildet ist, daß sie bei fehlendem Bild
muster eine Einblendung des erzeugten Signales in das
Videosignal (BAS) bewirkt.
2. Röntgenstereoeinrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der
Detektor ein Bandpaß-Filter (22) aufweist, das aus dem
Videosignal (BAS) das Signal des Bildmusters heraus
filtert.
3. Rötgenstereoeinrichtung nach Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet, daß das
Bandpaßfilter (22) einstellbar ist.
4. Röntgenstereoeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Detektor (21) eine Schwellwertschaltung (23) und ein Dif
ferenzierglied (24) aufweist, die an dem Bandpaß-Filter
(22) angeschlossen sind, und daß die Ausgänge der
Schwellwertschaltung (23) und des Differenziergliedes
(24) in einem UND-Glied (25) zusammengefaßt werden.
5. Röntgenstereoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltstufe (32) einem monostabilen Multivibrator
(34) aufweist, der an dem Detektor (21) angeschlossen
ist.
6. Röntgenstereoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bildmuster eine Abbildung einer Nadel ist und daß
bei fehlender Abbildung innerhalb eines Stereobildes ein
in Richtung der Nadel kennzeichnender Leitstrahl einge
blendet wird.
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