DE3623053C2 - Röntgenstereoeinrichtung - Google Patents

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 dessem 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 4 485 815 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 stichkanales 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 Einblendung 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 Ende 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 zeigen:

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 einem 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 Multivibrator 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 in positiver und nega­ tiver Richtung aufhebt.

Damit die PLL-Schaltung 26 innerhalb kurzer Zeit einen vollständigen Angleich 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 angepaß­ ten 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 ihren 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 dessem 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 Stereowiedergabegerät (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. Röntgenstereoeinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Bandpaß-Filter (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) einen 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.