DE3786502T2

DE3786502T2 - Vorrichtung zum Nachweis von Strahlungsbildern.

Info

Publication number: DE3786502T2
Application number: DE87302785T
Authority: DE
Inventors: Motosada Kiri; Takeshi Matsuoka
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1986-08-19
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2007-04-01
Also published as: JP2526870B2; JPS6349140A; CN87105270A; KR880003346A; KR900007238B1; EP0257728A1; DE3786502D1; CN1014182B; US4868393A; EP0257728B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Nachweis von Strahlungsbildern, deren Strahlungsempfangsteil aus einer Anordnung von Strahlungssensoren besteht.
Bei einem Verfahren zum elektronischen Nachweisen eines Strahlungsbildes besteht der Strahlungsempfangsreil entweder aus eindimensional angeordneten Strahlungssensoren, die so eingerichtet sind, daß sie eine Bildebene abtasten, oder aus zweidimensional angeordneten Sensoren, die an einer Bildebene befestigt sind. Jeder der Strahlungssensoren ist entweder ein einzelner Halbleitersensor oder ein Strahlungsszintillator, der mit einem Photosensor kombiniert ist. In jedem Fall folgen auf jeden Sensor, der auf ihn auftreffende Strahlen in elektrische Impulssignale verwandelt, ein Verstärker, ein Signaldiskriminator und ein Zähler. Der Zähler ermittelt die Anzahl der Impulssignale (Impulse), die von dem Zähler in Form eines digitalen Signals ausgegeben wird. Ähnliche Strahlungsintensitätssignale von allen zu einer Anordnung von Strahlungssensoren gehörigen Zählern werden in zweckmäßiger Weise durch einen gemeinsamen Bildsignalformungsschaltkreis verarbeitet, der ein Bildsignal einer Kathodenstrahlröhre zuleitet, um sie zur Darstellung eines Strahlungsbildes zu veranlassen. Vorrichtungen zum Nachweis von Strahlungsbildern, die auf einem Verfahren der genannten Art basieren, sind z. B. in der japanischen Offenlegungs-Patentanmeldung Nr. 59-94046 und der europäischen Patentveröffentlichung EP-0-137-487-A2 offenbart.
Bei den Vorrichtungen der oben genannten Art besteht ein wichtiges Problem darin, die zugehörigen Schaltkreise vor ungünstigen Auswirkungen der durch die Schaltkreise selbst abgegebenen Wärme zu schützen. Es sei angenommen, daß der Stromverbrauch pro Sensor sich aus 140 mW am Verstärker, 100 mW am Signaldiskriminator und 10 mW am Zähler zusammensetzt, was eine Summe von 250 mW ergibt. Eine eindimensionale Anordnung von 1000 Sensoren führt dann beispielsweise zu einer Gesamtwärmeausstrahlung von 250 W. Dieser für eine angenommene Zahl von 1000 Sensoren geschätzte Wert kann sich weiter um ein Mehrfaches bis zu mehreren hundert Malen oder mehr erhöhen, wenn die Anzahl der Sensoren vergrößert wird, um das Bildauflösungsvermögen zu verbessern oder um die Sensoren zweidimensional anzuordnen. In einem Fall, in dem es sich bei dem nachzuweisenden Strahlungsbild um eine Röntgenaufnahme für diagnostische Zwecke handelt, dauert eine Aufnahme des Bildes nur eine Sekunde oder weniger, und daher besteht dann, wenn eine sehr kleine Anzahl von Aufnahmen für die Diagnose ausreicht, kein wesentliches Problem. Es kommt jedoch nicht selten vor, daß ein Mehrfaches von zehn Bildern zur Diagnose einer Krankheit benötigt werden. In einem solchen Fall muß dann, wenn nicht wirksame Maßnahmen ergriffen werden, um die Schaltkreise vor dem Wärmeeffekt zu schützen, die Herstellung einer Reihe von Röntgenbildern häufig unterbrochen werden, um die Schaltkreise abzukühlen. Dies vermindert nicht nur den Wirkungsgrad der Bilderfassung, sondern setzt auch den Patienten lange Zeit einer unangenehmen Situation aus.

AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf die Lösung des oben genannten Problems bei der bekannten Vorrichtung zum Nachweis von Strahlungsbildern gerichtet, deren Strahlungsempfangsteil aus einer Anordnung von Strahlungssensoren besteht, und es ist ihre Aufgabe, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die hinsichtlich des Schutzes der zugehörigen Schaltkreise vor der ungünstigen Wärmeeinwirkung verbessert ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer solchen verbesserten Vorrichtung, die lange Zeit hindurch kontinuierlich betrieben werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Anwendung der Vorteile der Erfindung sowohl bei einer Vorrichtung zu ermöglichen, bei der die genannte Anordnung von Strahlungssensoren eine zweidimensionale matrixförmige Strahlungsempfangsebene bildet, als auch bei derjenigen Vorrichtung, bei der die genannte Anordnung von Strahlungssensoren ein eindimensionales (lineares) Strahlungsempfangselement ist, das zum Überstreichen einer Bildebene dient, auf der ein nachzuweisendes Strahlungsbild vorhanden ist.
Um die genannten Aufgaben zu erfüllen, ist eine Vorrichtung zum Strahlungsbildnachweis nach einem der Ansprüche 1 bis 3 geschaffen worden.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen weiter im Detail beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Blockdiagramm-Konstruktion des einzelnen Schaltkreises pro Sensor zeigt, die bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 eine Blockdiagramm-Konstruktion des einzelnen Schaltkreises pro Sensor zeigt, die bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 eine Blockdiagramm-Konstruktion des einzelnen Schaltkreises zeigt, die bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß Fig. 1, die eine Röntgenstrahlen-Nachweiseinheit zeigt, gehören zu einem Röntgenstrahlungssensor 1 (entsprechend einem Bildelement: einem Pixel), der aus einer einzelnen Röntgenstrahlungs-Nachweisvorrichtung besteht, ein Analogverstärker 2, ein Impulsdiskriminator 3 (Analogschaltkreis) und ein Bild(element)formungs-Schaltkreis 4, bei dem es sich um eine Digitalschaltung mit einem darin enthaltenen Zähler handelt. Es sind viele solche Röntgenstrahlungs-Nachweiseinheiten nach Fig. 1 zusammengebaut, wobei die Röntgenstrahlsensoren 1 in Form einer Matrix angeordnet sind, auf die ein nachzuweisendes Röntgenbild projiziert wird.
Bei der oben genannten Konstruktion der Röntgenstrahlen- Nachweiseinheit (Fig. 1) gibt der Röntgenstrahlsensor 1, der über einen Anschluß 1a eine negative Vorspannung von einem Vielfachen von zehn bis zu mehreren hundert Volt erhält, ein elektrisches Impulssignal ab, das aus Impulsen besteht, deren Anzahl gleich oder proportional zu den auf den Sensor 1 auftreffenden Röntgenstrahlphotonen ist. Das durch den Röntgenstrahlsensor 1 abgegebene Impulssignal wird durch den Verstärker 2 verstärkt und dann dem Impulsdiskriminator 3 zugeführt, der die Hoch- und Tieflagen der Impulse trimmt und sie dann an den Bildelementsignalformungs-Schaltkreis 4 abgibt. Dieser Schaltkreis 4 erzeugt aus dem ursprünglich von dem Röntgenstrahlsensor 1 abgegebenen Impulssignal ein Bildelementsignal in Form eines digitalen Signals.
Solche Bildelementsignale von allen zusammengebauten Röntgenstrahl-Nachweiseinheiten, deren Röntgenstrahlsensoren die Röntgenstrahlungs-Empfangsebene bilden, werden benutzt, um ein nachgewiesenes Röntgenbild auf einer Kathodenstrahlröhre (nicht gezeigt) darzustellen. Die Schaltung, die die Bildelementsignale von der Bildelementsignal-Formungsschaltung 4 der Kathodenstrahlröhre zuleitet, ist in Fig. 1 nicht gezeigt, da sie mit der Beschreibung der Merkmale der vorliegenden Erfindung in keinem Zusammenhang steht.
Bei dem oben beschriebenen Prozeß der Signalverarbeitung wird eine sehr stabile Funktion des Analogverstärkers 2 erwartet, da z. B. eine kleine Nullpegelwanderung infolge von Temperaturschwankungen den Verstärker 2 veranlassen kann, das Impulssignal des Röntgenstrahlsensors 1 falsch zu erfassen. Andererseits sind der Impulsdiskriminator 3 und der Bildelementsignal-Formungsschaltkreis 4 weniger temperaturempfindlich. Es ist daher für ein zuverlässiges Arbeiten der Vorrichtung sehr wichtig, daß der Verstärker 2 so frei wie möglich von Temperaturschwankungen gehalten wird. Da solche Temperaturschwankungen hauptsächlich durch intermittierendes Einschalten des Stromes für die Schaltung, nämlich im vorliegenden Fall für den Verstärker 2, verursacht werden, ist die Ausführungsform nach Fig. 1 so eingerichtet, daß der Verstärker 2 und die Gruppe von anderen Schaltungen 3 und 4 getrennt mit Strom versorgt werden können. Zu diesem Zweck sind die Stromzuführungsleitungen 2a und 2b für den Verstärker 2 nur über einen Hauptschalter 6 mit einer Stromquelle 7 verbunden, während der Impulsdiskriminator 3 und der Bildelementsignal-Formungsschaltkreis 4 sowohl über den Hauptschalter 6 als auch über einen anderen Schalter 5 versorgt werden, der innerhalb des Hauptschalters 6 angeordnet ist. Bei dieser Konstruktion der Stromversorgungsleitungen ist es möglich, nur den Verstärker 2 ständig auf einer im wesentlichen konstanten, jedoch höher als die Umgebungstemperatur liegenden Temperatur zu halten, indem man den Schalter 6 auch dann eingeschaltet läßt, wenn die Vorrichtung sich in Bereitschaftsstellung befindet, um ein Bild aus einer Serie von zahlreichen Röntgenbildern zu erfassen. Andererseits werden der Impulsdiskriminator 3 und die Bildelementsignalformungsschaltung 4 über den Schalter 5 nur dann mit Strom versorgt, wenn ein Röntgenbild praktisch nachgewiesen ist. Der Verstärker 2 wird auf diese Weise vor den nachteiligen Auswirkungen von Temperaturschwankungen geschützt, wodurch sichergestellt wird, daß die Vorrichtung ordnungsgemäß und zuverlässig arbeitet.
Fig. 2 zeigt eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 1. Bei dieser abgeänderten Ausführungsform wird die Vorspannung des Verstärkers 2 durch eine Vorspannungskontrollschaltung 2c geregelt, die so eingerichtet ist, daß sie synchron mit der Betätigung des Schalters 5 arbeitet und den Vorspannstrom für den Verstärker 2 abschwächt, während die Vorrichtung zum Zweck des Bildnachweises in Bereitschaftsstellung gehalten wird. Das Herunterschalten des Vorspannungsstromes spart Energie und vermindert im Durchschnitt den Temperatur anstieg. Die Bezugszahl 2d gilt für einen Anschluß zum Empfang eines Vorspannungskontroll-Befehlssignals
Eine weitere Ausführungsform, die es gestattet, den elektronischen Schaltungsabschnitt der Röntgenstrahlungs-Nachweiseinheit in Form einer monolithischen integrierten Schaltung auszuführen, wird im folgenden anhand von Fig. 3 beschrieben. Die Blöcke 22, 23 und 24 repräsentieren integrierte Schaltkreise, die jeweils dem Verstärker 2, dem Impulsdiskriminator 3 und der Bildelementsignal-Formungsschaltung 4 nach Fig. 1 entsprechen und den elektronischen Schaltungsabschnitt 8 einer Röntgenstrahlungs-Nachweiseinheit bilden. Ein Element 21 in Form eines Gehäuses ist ein Heizelement, das für diese Ausführungsform charakteristisch ist. Das Heizelement 21 besteht aus einem Widerstands- oder Halbleitermaterial, das um den Verstärkerteil 22 herum angeordnet ist, um ihn einzuschließen. Bei dieser Konstruktion der gesamten Schaltung wird der Verstärker 22 ständig direkt von einer Stromquelle 7a her mit Strom versorgt, während die übrigen Schaltungsteile 23 und 24 über einen Schalter 9 mit Energie versorgt werden, der nur dann zu einem Kontakt 9a gedreht wird, wenn ein Röntgenbild nachgewiesen wird. Das Heizelement 21 bleibt während des Nachweisens des Röntgenbildes ausgeschaltet. Andererseits wird dann, wenn sich die Vorrichtung für die nächste Erfassung von Röntgenbildern in Bereitschaftsstellung befindet, der Schalter 9 zu einem Kontakt 9b gedreht, um dem Heizelement 21 Strom zuzuführen, so daß dieses die Wärme erzeugt, die erforderlich ist, um den Verstärker 22 auf einer konstanten Temperatur zu halten, die im wesentlichen gleich derjenigen Temperatur ist, die auch bei Erwärmung des Verstärkers 22 durch die Wärmeausstrahlung der Schaltungsabschnitte 23 und 24 herrschte. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann das Heizelement 21 in Form eines Leistungstransistors ausgeführt sein.
Bei der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform wurde der temperaturempfindliche Schaltungsteil, der auf einer konstanten Temperatur gehalten werden soll, auf einen Verstärker beschränkt. Es bedarf jedoch keiner Erwähnung, daß die oben beschriebenen Maßnahmen, um eine Schaltung auf einer konstanten Temperatur zu halten, auch auf andere beliebige Schaltungen angewandt werden können.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung leicht zu entnehmen ist, verbessert die vorliegende Erfindung die Vorrichtung zum Nachweis von Röntgenbildern mit einer Anordnung von Röntgenstrahlungssensoren derart, daß sie während eines im wesentlichen kontinuierlichen Betriebes zum Nachweis einer Serie von Röntgenbildern stabil und ohne Unterbrechung arbeitet.

Claims

1. Vorrichtung zum Nachweis von Strahlungsbildern mit Strahlungssensoren (1), die so angeordnet sind, daß sie eine Strahlungsbildempfangsebene bilden, und mit Signalverarbeitungsschaltkreisen (22, 23, 24) zum Verwandeln der von den genannten Strahlungssensoren (1) ausgegebenen Signale in ein auf einer Kathodenstrahlröhre darzustellendes Bildsignal, wobei jeder der genannten Signalverarbeitungsschaltkreise (22, 23, 24) in einen temperaturempfindlichen Schaltungsabschnitt (22) und einen temperaturunempfindlichen Schaltungsabschnitt (23, 24) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte temperaturempfindliche Schaltungsabschnitt (22) mit einem Heizelement (21) versehen ist, um den genannten temperaturempfindlichen Schaltungsabschnitt (22) auf einer Temperatur zu halten, die im wesentlichen auch dann einer Betriebstemperatur gleicht, wenn die genannte Vorrichtung als Ganzes in Bereitschaftsstellung gehalten wird und der genannte temperaturunempfindliche Schaltungsabschnitt (23, 24) abgeschaltet ist, wobei das genannte Heizelement (21), das nur dann mit Strom versorgt wird, wenn der genannte temperaturunempfindliche Schaltungsabschnitt (23, 24) abgeschaltet bleibt, eine Wärme erzeugt, die auf den genannten temperaturempfindlichen Schaltungsabschnitt (21) die gleiche thermische Wirkung ausübt, wie sie der genannte temperaturunempfindliche Schaltungsabschnitt (23, 24) im Betätigungszustand auf den genannten temperaturempfindlichen Schaltungsabschnitt (21) ausübt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Heizelement (21) aus einem elektrischen Widerstandsmaterial hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Heizelement (21) aus einem elektrisch halbleitenden Material hergestellt ist.