DE4015113A1

DE4015113A1 - Anordnung zum erzeugen von roentgenaufnahmen

Info

Publication number: DE4015113A1
Application number: DE4015113A
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl Phys Dr Schaefer
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1991-11-14
Also published as: FI912222A0; DE59106180D1; EP0456322A2; US5093851A; ES2078427T3; FI912222A; EP0456322B1; JPH0690937A; EP0456322A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen von Röntgenaufnahmen mit einem Röntgenstrahler zum Erzeugen eines Röntgenstrahlenbündels, einem Photoleiter zum Umset zen von Röntgenstrahlung in ein Ladungsmuster, der auf einem bezüglich einer Drehachse rotationssymmetrisch aus gebildeten Träger aufgebracht ist, einer Antriebseinheit zum Antreiben des Trägers um die Drehachse und einer Aus leseeinheit, die nach einer Röntgenaufnahme das Ladungs muster auf der Oberfläche des rotierenden Photoleiters in elektrische Bildwerte umsetzt.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS 35 34 768 be kannt. Die Belichtung des Photoleiters erfolgt dabei während der Aufnahme durch eine Schlitzblende, deren Hauptausdehnungsrichtung parallel zur Drehachse verläuft und die ein schmales fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel ausblendet, das den Untersuchungsbereich durchsetzt und einen schmalen Streifen auf der Oberfläche des Photolei ters belichtet. Während der Aufnahme dreht sich der Träger um die Drehachse und wird synchron dazu senkrecht zur Drehachse verschoben, so daß der Untersuchungsbereich sequentiell auf der Oberfläche des Photoleiters abgebildet wird.

Unmittelbar nach der Röntgenaufnahme erfolgt das Auslesen des auf diese Weise erzeugten Ladungsmusters. Dabei rotiert der Träger mit wesentlich höherer Drehzahl als während der Röntgenaufnahme, und die Ausleseeinrichtung liest mit einer oder mehreren Sonden die Ladung auf einer praktisch kreisförmigen Spur auf der Oberfläche des Photo leiters aus um die gesamte Oberfläche auslesen zu können, wird die Ausleseeinheit parallel zur Drehachse verschoben mit vergleichsweise kleiner mittlerer Geschwindigkeit.

Bei einer solchen Anordnung kann das Auslesen wesentlich schneller, präziser und genauer erfolgen als es bei einer ebenen Photoleiterplatte, wie sie aus der US-PS 41 34 137 bekannt ist, möglich ist. Das schnelle Auslesen ist aber unbedingt erforderlich, weil sich der Photoleiter nicht nur durch die Röntgenbelichtung, sondern auch durch Dunkelströme entlädt. Dem steht aber der Nachteil gegen über, daß die Gesamtbelichtungszeit vergleichsweise lang ist, und daß die Leistung der Röntgenröhre schlecht ausge nutzt wird, weil stets nur ein dünner Strahlenfächer zur Belichtung des Photoleiters herangezogen wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die bei kurzen Belichtungszeiten ein schnelles Auslesen des Photoleiters ermöglicht.

Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebseinheit so gesteuert ist, daß der Photoleiter während einer Röntgenaufnahme nicht rotiert.

Während bei der bekannten Anordnung also der Träger sowohl während der Röntgenaufnahme als auch während des Auslese vorgangs rotiert, ist dies bei der Erfindung nur während des Auslesens der Fall. Während der Röntgengaufnahme rotiert der Träger mit dem Photoleiter nicht, und daher kann die für die Röntgenaufnahme bestimmte Fläche des Photoleiters in allen Bereichen gleichzeitig belichtet werden, so daß sich eine kurze Gesamtbelichtungszeit und eine gute Ausnutzung der Leistung der Röntgenröhre ergibt. Allerdings muß bei gleichem maximalen Format der Röntgenaufnahme (gemessen in Umfangsrichtung des Trägers bzw. Photoleiters) der Durchmesser des Trägers wesentlich größer sein als bei einer Anordnung der eingangs genannten Art. Während bei letzterer lediglich der Umfang des Trägers größer sein muß als das Aufnahmeformat, muß bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Durchmesser des Trägers größer sein als das Aufnahmeformat.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß aus der EP-OS 94 843, insbesondere Fig. 8, bereits eine Anordnung zum Erzeugen von Röntgenaufnahmen bekannt ist, bei der ein Speicher phosphor auf einen zylinderförmigen Träger aufgebracht ist, der während einer Röntgenaufnahme stillsteht. Solche Speicherphosphore verlieren ihre Bildinformation wesent lich langsamer als Photoleiter, so daß ein schnelles Aus lesen nicht erforderlich ist. Nach jeder Röntgenaufnahme wird der Träger in drei Schritten einmal um die Drehachse gedreht, wobei beim ersten Schritt die Röntgenaufnahme mit einem zweidimensional geführten Laserstrahl ausgelesen wird und beim Schritt der Speicherphosphor gelöscht wird. Bei jedem Schritt kann eine weitere Aufnahme erfolgen. Hierbei steht also der Träger sowohl während der Röntgen aufnahme als auch während des Auslesevorgangs; das Aus lesen kann nicht schneller erfolgen als bei einem ebenen Aufzeichnungsträger.

Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, daß Mittel zur geometrischen Bildtransformation vorgesehen sind, die die durch die Krümmung der Oberfläche des Photoleiters beding ten Bildverzerrungen kompensieren. Dadurch werden Verzer rungen vermieden, die wegen der Krümmung des rotations symmetrischen, vorzugsweise zylinderförmigen Trägers unvermeidbar sind, falls nicht das Aufnahmeformat klein im Vergleich zum Trommeldurchmesser ist. Bei dieser Bild transformation werden die Bildpunkte auf der Trommelober fläche virtuellen Bildpunkten in einer im Röntgenstrahlen bündel befindlichen Bildebene zugeordnet, derart, daß sich die Verbindungsgeraden durch einander zugeordnete Bild punkte im Ausgangspunkt des Röntgenstrahlenbündels schnei den. Die Bildebene kann dabei tangential zur Oberfläche des Photoleiters und senkrecht zu der durch den Fokus des Röntgenstrahlers für die Erzeugung des Röntgenstrahlenbün dels und die Drehachse definierten Ebene liegen. Jedoch ist auch eine andere Lage innerhalb des Röntgenstrahlen bündels möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Antriebseinheit des Trägers so gesteuert ist, daß vor dem Auslesen einer Röntgenaufnahme der Träger so geschwenkt wird, daß ein bei der vorangehenden Röntgen aufnahme nicht belichteter Bereich des Photoleiters in den Strahlengang gelangt. Hierdurch ist es möglich, zwei Aufnahmen - bei kleineren Bildformaten sogar mehr als zwei - in dichter zeitlicher Folge nacheinander zu erzeugen, ohne daß zwischendurch der Photoleiter ausgelesen wird. Diese Ausführungsform setzt aber voraus, daß der Bild speicher genügend Kapazität hat, um gleichzeitig zwei bzw. mehrere Röntgenaufnahmen zu speichern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Röntgengerät nach der Erfindung in schemati scher Darstellung,

Fig. 2a und 2b die geometrischen Verhältnisse bei dieser Ausführungsform und

Fig. 3 eine Einheit zur Verarbeitung der von der Auslese einheit gelieferten Bildwerte.

Das von dem Fokus eines Röntgenstrahlers 1 ausgehende Röntgenstrahlenbündel 10 durchsetzt einen auf einer Tisch platte 3 liegenden Patienten 2 sowie ein Streustrahlen raster 8, bevor es auf einen zylinderförmigen Träger (Trommel) 4 trifft, dessen zur Zeichenebene der Fig. 1 senkrechte Zylinderachse 7 gleichzeitig seine Drehachse ist. Der Träger 4 kann mittels eines Motorantriebes 9 um die Drehachse 7 angetrieben werden. Auf seinen Mantel flächen ist der Träger 4 mit einem Photoleiter beschich tet, vorzugsweise einer 0,5 mm starken Selenschicht 41.

Außerhalb des Strahlenganges befindet sich eine Auflade einrichtung 6, die vor einer Röntgenaufnahme den rotierenden Träger auflädt, so daß zwischen der Oberfläche des elektrisch leitenden Trägers und der Außenfläche der Selenschicht eine Spannung von z. B. 1500 Volt ansteht. Ebenfalls außerhalb des Strahlenganges befindet sich eine Ausleseeinrichtung 5, die nach einer Röntgenaufnahme mit einer oder mehreren Sonden die Ladungsdichte auf einer bzw. mehreren Spuren ausliest. Um die gesamte Oberfläche auslesen zu können, wird die Ausleseeinrichtung 5 relativ zum Träger 4 mittels einer weiteren Antriebseinheit 11 parallel zur Drehachse 7 verschoben mit einer mittleren Geschwindigkeit, die klein ist im Vergleich zu der Umfangsgeschwindigkeit des Trägers. Aufbau und Funktion der Ausleseeinrichtung 5 und der Aufladeeinheit 6 sind in der DE-OS 35 34 768 näher beschrieben, auf die ausdrück lich bezug genommen wird.

Bei einer Röntgenaufnahme ist der Antrieb 9 für den Träger 4 abgeschaltet, so daß der Photoleiter nicht rotiert. Deshalb muß der Außenradius r der Photoleiterschicht 41 auf dem Träger 4 ausreichend groß sein, damit der aufzu nehmende Teil des Patienten 2 vollständig auf der Ober fläche des Photoleiters 41 abgebildet werden kann. Für das maximale Aufnahmeformat B (gemessen in einer die Ober fläche des Photoleiters 41 in der Scheitellinie - das ist die Linie, in der die durch den Fokus 1 und die Drehachse 7 definierte Ebene die Oberfläche des Photoleiters 41 schneidet - tangierenden Bildebene 12) gilt die Beziehung

B = 2r · (1 + 2r/L)^-1/2 (1)

Dabei ist L der Abstand des Fokus 1 von der Bildebene.

In der Praxis sollte das Aufnahmeformat kleiner sein als dieser Grenzwert und vorzugsweise 0,95 B - oder weniger - betragen. Somit ist für ein Aufnahmeformat von z. B. 40 cm bei einem Wert L=180 cm ein Radius r von mindestens 23,7 cm erforderlich.

Die durch die Krümmung des Trägers 4 bedingten geometri schen Verzerrungen wären nur dann vernachlässigbar, wenn der Durchmesser (2r) des Trägers 4 groß im Vergleich zu den Abmessungen des Aufnahmeformats wäre. Da dies aus Platzgründen nicht möglich ist, ist es erforderlich, die Verzerrungen zu kompensieren. Zu diesem Zweck wird jedem Punkt des bei der Aufnahme bestrahlten Teils der Photolei terschicht 41 ein Punkt in der Bildebene 12 derart zuge ordnet, daß die Verbindungsgerade der einander zugeordne ten Punkte den Fokus des Röntgenstrahlers 1 durchlaufen. Die hierzu erforderliche Transformation wird anhand von Fig. 2a und 2b näher erläutert.

Fig. 2a zeigt den Träger 4 in perspektivischer Darstel lung, während Fig. 2b ihn in der gleichen Darstellung zeigt wie Fig. 1, d. h. mit der Drehachse 7 senkrecht zur Zeichenebene. Die Koordinaten auf der Oberfläche des Photoleiters werden mit x, y bezeichnet, wobei die y-Achse mit der schon erwähnten Scheitellinie identisch ist, in der die Bildebene 12 den Photoleiter tangiert. Die x-Koordinate eines Punktes ist die Länge des Kreisbogens, der diesen Punkt der Oberfläche des Photoleiters mit der y-Achse verbindet. Die Koordinaten des zugeordneten Bild punktes in der Bildebene sind mit x_v und y_v bezeichnet. Der Ursprung des x_v, y_v-Koordinatensystems ist mit dem Ursprung des xy-Koordinatensystems identisch und die y_v-Achse fällt mit der y-Achse zusammen. Die Hilfsgröße z bezeichnet den Abstand eines Bildpunktes von der Bildebene 12.

Für z gilt:

z = r · (1-cos (x/r)) (2)

Für x_v gilt:

x_v = (r²-(r-z)²)^1/2)/(1 + z/L) (3)

y_v berechnet sich nach der Beziehung:

y_v = y · 1/(1 + z/L) (4)

Auf diese Weise kann jedem Bildpunkt x, y auf der von Röntgenstrahlung getroffenen Oberfläche des Photoleiters ein Bildpunkt x_v, y_v in der Bildebene 12 zugeordnet werden.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Bildebene die Scheitellinie des Trägers tangiert; es kann auch ein Bild in einer zu 12 parallelen Ebene berechnet werden. In diesem Fall müssen in den Gleichungen 3 und 4 x_v und y_v mit einem konstanten Faktor gewichtet werden.

Ebenso kann die Bildebene auch unter einem von 90° ver schiedenen Winkel zu der durch die Drehachse 7 und den Fokus 1 gebildeten Ebene verlaufen. Die Transformations gleichungen werden dann aber komplizierter. Eine solche schräge Bildebene kann sich beispielsweise bei Schrägauf nahmen ergeben, bei denen der Patient 2 bzw. die Tisch platte 3 schräg durchstrahlt wird und bei denen gleichwohl eine Röntgenaufnahme in einer zur Tischplattenebene 3 parallelen Ebene erfolgen soll. Jedoch kann es bei einer solchen Schrägaufnahme auch sinnvoll sein, die Bildebene senkrecht zu der (bei einer Schrägaufnahme geneigten) Ebene verlaufen zu lassen, die durch die Drehachse 7 und den Fokus 1 definiert wird. In diesem Fall würde die Bild ebene schräg zur Tischplatte 3 verlaufen und man könnte die bei konventionellen Schrägaufnahmen auftretenden Ver zerrungen vermeiden.

Wenn die Bildpunkte sowohl in dem auf der Photooberfläche erzeugten Bild als auch in dem daraus abgeleiteten Bild jeweils die gleichen Abmessungen haben, z. B. 0,2 mm×0,2 mm, dann ergibt sich aus den geometrischen Verhältnissen, daß der Bildwert eines Bildpunktes am Rande der Bildebene 12 sich ganz oder teilweise aus den Bildwerten mehrerer Bildpunkte auf der Oberfläche des Photoleiters zusammen setzt. Es muß also die gewichtete Summe der genannten Bildwerte gebildet werden, wobei die Gewichtungsfaktoren zwischen 0 und 1 liegen.

In der Regel wird die Röntgenstrahlung innerhalb der Photoleiterschicht (z. B. 0,5 mm Selen) nicht vollständig absorbiert. Dies führt dazu, daß ein (am Rand) schräg auf treffender Röntgenstrahl die Ladungsdichte stärker ver ändert als ein (in der Mitte) senkrecht auftreffender Röntgenstrahl. Ein homogenes Objekt würde also zu einer örtlich unterschiedlich belichteten Röntgenaufnahme führen. Dies läßt sich dadurch ausgleichen, daß die den einzelnen Bildpunkten auf der Oberfläche des Photoleiters zugeordneten Bildwerte I (x, y) - vorzugsweise im Zusammen hang mit der Entzerrungstransformation - mit einem Korrek turfaktor k multipliziert werden, so daß die Beziehung gilt

dI_v(x_v,y_v) = k · I(x,y) (5)

dI_v ist dabei der Beitrag des Bildwertes I (x, y) zu dem Bildwert I_v für den Bildpunkt x_v, y_v in der Bildebene. k ist der Korrekturfaktor, der mit zunehmendem Betrag von x abnimmt und der die erwähnte Gewichtung berücksichtigt. Die Änderung des Faktors k als Funktion von x ist um so ausgeprägter, je härter die Röntgenstrahlung ist, d. h. je größer die Spannung an der Röntgenröhre während der Aufnahme ist. Bei sehr weicher Strahlung verschwindet diese Abhängigkeit praktisch.

Fig. 3 zeigt schematisch die Verarbeitung der von der Aus leseeinheit 5 gelieferten Werte. Sie werden zunächst einem Analog-Digital-Wandler 20 zugeführt und von einer Bildverarbeitungseinheit 21 in einem Speicher 22 abge legt. Die Bildverarbeitungseinheit 21 errechnet dabei aus den im Speicher 22 enthaltenen Bildwerten nach den Glei chungen 2 bis 5 die Bildwerte I_v (x_v, y_v) des in die Bild ebene transformierten Bildes und speichert diese in einem weiteren Bildspeicher 23. Das auf diese Weise entzerrte und korrigierte Bild kann auf einem Monitor 24 wiedergege ben werden.

Es ist nicht notwendig, daß für die Bildwerte I auf der Oberfläche des Photoleiters und die Bildwerte I_v in der Bildebene je ein Bildspeicher zur Verfügung steht, wie in Fig. 3 angegeben. Wenn die Bildwerte I zur Berechnung herangezogen worden sind, werden sie nicht mehr benötigt, so daß die berechneten Bildwerte I_v in den Speicher 22 übernommen werden können. Es muß dabei lediglich ein Pufferspeicher für einen kleinen Teil des Bildes vorhanden sein.

Bei Röntgenaufnahmen, die mittels eines Photoleiters her gestellt werden, sind noch weitere Verarbeitungsschritte erforderlich, beispielsweise eine Tiefpaßfilterung oder - wie aus der DE-OS 38 42 525 bekannt, eine Korrektur der nach einer Röntgenaufnahme stattfindenden Selbstentladung des Photoleiters. Diese Verarbeitungsschritte werden in der Bildverarbeitungseinheit 21 vor der vorstehend be schriebenen Transformation durchgeführt.

Bei verschiedenen Untersuchungen ist es erforderlich, zwei Röntgenaufnahmen in einem zeitlichen Abstand aufeinander folgen zu lassen, der kleiner ist als der für das Auslesen eines Bildes mittels der Ausleseeinrichtung 5 benötigte Zeitraum. Mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist ein solcher Betrieb möglich, weil jede Röntgenaufnahme die Trommel nicht einmal auf der Hälfte ihres Umfanges belich tet. Dazu muß lediglich der Antrieb 9 so gesteuert werden, daß nach einer Aufnahme der Träger 4 um 180° gedreht wird, so daß bei der nachfolgenden Röntgenaufnahme ein zuvor noch nicht belichteter Teil des Photoleiters in den Strahlengang gelangt. Bei einem kleineren Format der Rönt genaufnahme wäre unter Umständen eine geringere Drehung von z. B. 120 oder 90° möglich, so daß drei bzw. vier Rönt genaufnahmen nacheinander angefertigt werden könnten, ohne daß zwischendurch ein Auslesen erfolgen muß. Es versteht sich aber von selbst, daß in diesen Fällen die Speicher kapazität des Bildspeichers 22 ausreichen muß, um zwei bzw. drei oder vier Bilder zu speichern.

Claims

1. Anordnung zum Erzeugen von Röntgenaufnahmen mit einem Röntgenstrahler zum Erzeugen eines Röntgenstrahlenbündels, einem Photoleiter zum Umsetzen von Röntgenstrahlung in ein Ladungsmuster, der auf einem bezüglich einer Drehachse rotationssymmetrisch ausgebildeten Träger aufgebracht ist, einer Antriebseinheit zum Antreiben des Trägers um die Drehachse und einer Ausleseeinheit, die nach einer Rönt genaufnahme das Ladungsmuster auf der Oberfläche des rotierenden Photoleiters in elektrische Bildwerte umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit so ge steuert ist, daß der Photoleiter (41) während einer Rönt genaufnahme nicht rotiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (21) zur geometrischen Bildtransformation vorgesehen sind, die die durch die Krümmung (r) der Oberfläche des Photoleiters (41) beding ten Bildverzerrungen kompensieren.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (9) des Trägers (4) so gesteuert ist, daß vor dem Auslesen einer Röntgenaufnahme der Träger so geschwenkt wird, daß ein bei der vorangehenden Röntgenaufnahme nicht belichteter Bereich des Photoleiters in den Strahlengang gelangt.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (21) vorgesehen sind zum Multiplizieren der Bildwerte mit einem Korrektur faktor (k), der für Bildwerte am Bildrand größer ist als in der Bildmitte.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Antriebsein heit (11) zum Verschieben der Ausleseeinheit (5) in einer die Drehachse (7) enthaltenden Ebene entlang der Ober fläche des Photoleiters (41) vorgesehen ist.