DE4126171C1

DE4126171C1 - Medical examination installation for joint functions and display of low contrast body parts - has X=ray source and vibrator setting section for examination into motion under synchronising control

Info

Publication number: DE4126171C1
Application number: DE19914126171
Authority: DE
Inventors: Harmut Dipl.-Ing. Sklebitz (Fh), 8520 Erlangen, De
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1992-10-08
Anticipated expiration: 2011-08-08

Abstract

An image detector system (5,6) receives the radiation passing through the object (4). A controller (2) synchronises the beam genertion with the termporal cycle of the vibration. The detector (5,6) may be an image amplifier connected to an image processor (6) and then to a TV camera. The image of the object processor (6) and then to a TV camera. The image of the object is then displayed on a TV screen or monitor (7). USE/ADVANTAGE - Produces x-ray picture of e.g. a joint such as a wrist, from which the doctor can diagnose problem. Can analyse joint function in terms of premature wearing of joint. The images are adjustable and reproducible. Parts can be highlighted with different vibration ratios.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine medizinische Unter suchungsanlage, beispielsweise zur Untersuchung der Gelenk funktionen. Bei einer bekannten Untersuchungsanlage dieser Art wird hierzu mit Hilfe einer Vorrichtung der maximale Ge lenkwinkel eines Gelenkes eingestellt und eine Röntgenaufnahme angefertigt. Ein Arzt kann aufgrund der Röntgenaufnahme den Verschleiß oder einen Bänderriß diagnostizieren.The invention relates to a medical sub Search system, for example to examine the joint functions. In a known investigation system this Art is done with the help of a device of the maximum Ge steering angle of a joint set and an x-ray prepared. A doctor can take the X-ray Diagnose wear or a torn ligament.

Aus der DE-OS 37 39 230 ist eine medizinische Untersuchungs anlage bekannt, die eine Röntgenanlage mit einer Röntgenröhre aufweist, deren Röntgenstrahlung einen, auf einem schwingend gelagerten Röntgentisch liegenden Patienten durchdringt und auf eine Bildaufnahmeeinrichtung auftrifft. Die Bildaufnahme einrichtung weist einen Bildverstärker auf, dem eine Fernseh kamera nachgeschaltet ist. Das Röntgenschattenbild des Patienten kann somit in elektrische Signale gewandelt werden. Diese Signale werden einer Bildverarbeitungsvorrichtung zuge führt, die Signale erzeugt, welche auf einem Monitor ein Durchstrahlungsbild des Patienten erstellen. Mit dieser Unter suchungsanlage können kontrastschwache Körperteile verbessert dargestellt werden, wenn diese über den Röntgentisch mit Hilfe eines Schwingungserzeugers, der von einer Steuervorrichtung angesteuert wird, in mechanische Schwingungen versetzt und Röntgenaufnahmen erstellt werden. Die Frequenz der mechani schen Schwingung kann z. B. halb so groß wie die Frequenz sein, mit der die Röntgenaufnahmen erstellt werden. Da die in ihren mechanischen Eigenschaften unterschiedlichen Körperteile in Schwingungen mit unterschiedlicher Amplitude und Phase ver setzt werden, erstellt die Bildverarbeitungsvorrichtung durch fortlaufende Subtraktion der Signale der Röntgenaufnahmen eine Bildfolge auf dem Monitor, bei der die unterschiedlichen Körperteile mit unterschiedlich ausgebildeten Säumen darge stellt werden. Insbesondere weisen Steine in einem Organ, deren Schwingungsverhalten deutlich vom umgebenden Gewebe ab weicht, besonders deutliche Säume auf und können somit gut diagnostiziert werden.DE-OS 37 39 230 is a medical examination known system that an x-ray system with an x-ray tube has whose X-rays emit one, swinging on one X-ray patient lying down penetrates and strikes an image recording device. The image acquisition device has an image intensifier to which a television camera is connected. The x-ray silhouette of the Patients can thus be converted into electrical signals. These signals are fed to an image processing device leads, which generates signals which on a monitor Create the radiograph of the patient. With this sub search system can improve low-contrast body parts are shown when using the x-ray table with the help of a vibrator generated by a control device is controlled, set in mechanical vibrations and X-rays are created. The frequency of the mechani rule's vibration. B. be half the frequency with which the x-rays are taken. Because the in their mechanical properties of different parts of the body Vibration with different amplitude and phase ver are set, the image processing device creates continuous subtraction of the signals from the x-rays Sequence of images on the monitor, showing the different Body parts with differently formed hems darge be put. In particular, stones in an organ their vibration behavior clearly differs from the surrounding tissue softens, particularly clear hems and can therefore do well be diagnosed.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine medizinische Untersuchungs anlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Analyse der Gelenkfunktionen in Hinsicht auf vorzeitigen Ver schleiß aufgedeckt und quantifiziert werden kann.The object of the invention is a medical examination plant of the type mentioned in such a way that a Analysis of joint functions with regard to premature ver wear can be detected and quantified.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine medizini sche Untersuchungsanlage mit einer Strahlenquelle, mit einem Schwingungserzeuger, durch den ein Untersuchungsobjekt in mechanische Schwingungen versetzt werden kann, mit einem Bild aufnahmesystem, das die das Untersuchungsobjekt durchdringende Strahlung empfängt und mit einer Steuereinrichtung, durch die die Strahlenerzeugung mit dem zeitlichen Verlauf der Schwin gungen synchronisiert wird.The object is achieved by a medicin test facility with one radiation source, with one Vibration generator through which an object to be examined in mechanical vibrations can be offset with an image recording system that penetrates the object under examination Receives radiation and with a control device through which the radiation generation with the time course of the Schwin conditions is synchronized.

Vorteil der Erfindung ist, daß somit Durchstrahlungsbilder des Untersuchungsobjektes erstellt werden können, die reproduzier bar sind und auf denen Teile mit unterschiedlichem Schwingungs verhalten gut dargestellt sind. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Untersuchungsanlage für die Untersuchung von Gelenkfunktionen, da der Bewegungsablauf des Gelenkes während der Ausführung von Schwingungen dargestellt werden kann. Es ist außerdem möglich, den Verlauf einer Behandlung des Gelen kes zu verfolgen.Advantage of the invention is that transmission images of the Examination object can be created that reproduce bar and on which parts with different vibrations behave well. The is particularly suitable Examination system according to the invention for the examination of Joint functions, since the movement sequence of the joint during the execution of vibrations can be shown. It it is also possible to follow the course of treatment of the gel to track kes.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Serie von Strahlungsimpulsen an vorbestimmten Stellen des zeitlichen Verlaufs der Schwin gungsamplitude erzeugt wird, da somit das dynamische Verhalten eines in Schwingung versetzten Teiles (Gelenkes) in Zeitlupen aufnahme darstellbar ist. Vorzugsweise ist dann das Bildauf nahmesystem so ausgeführt, daß ein Durchstrahlungsbild des Untersuchungsobjektes auf einem Monitor darstellbar ist.It is advantageous if a series of radiation pulses at predetermined points in the time course of the swine is generated because of the dynamic behavior of a vibrated part (joint) in slow motion recording can be represented. The image is then preferably on acquisition system designed so that a radiograph of the Examination object can be displayed on a monitor.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei spieles anhand der Zeichnungen in Verbindung mit den Unteran sprüchen.Further advantages and details of the invention result from the following description of an embodiment game based on the drawings in connection with the Unteran sayings.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine medizinische Untersuchungsanlage nach der Erfindung und Fig. 1 shows a medical examination system according to the invention and

Fig. 2 und 3 den zeitlichen Verlauf einer Schwingung und Stellen, an denen ein Strahlungsimpuls erfolgt. Figs. 2 and 3 shows the time course of a vibration and locations at which a pulse of radiation is carried out.

Die für die Erfindung wesentlichen Komponenten einer medizi nischen Untersuchungsanlage sind in prinzipieller Weise in der Fig. 1 dargestellt. Die medizinische Untersuchungsanlage be sitzt hiernach eine Strahlenquelle 1, die von einer Steuervor richtung 2 zur Emission eines Strahlenbündels 3 anregbar ist. Das Strahlenbündel 3 trifft nach dem Durchdringen eines Untersuchungsobjektes 4, hier beispielsweise ein Handgelenk, auf einen Strahlenempfänger 5, der als Bildverstärker mit nachgeschalteter Fernsehkamera ausgeführt ist. Das Strahlen schattenbild des Untersuchungsobjektes 4 wird somit in elektrische Signale gewandelt, die einer Bildverarbeitungs vorrichtung 6 zugeführt werden. Die Bildverarbeitungsvorrich tung 6 erstellt aus diesen Signalen ein Durchstrahlungsbild des Untersuchungsobjektes 4 auf einem Monitor 7, das somit ausgewertet werden kann.The components of a medical examination system essential for the invention are shown in principle in FIG. 1. The medical examination system then sits a radiation source 1 , which can be excited by a control device 2 to emit a radiation beam 3 . After penetrating an examination object 4 , here for example a wrist, the beam 3 strikes a radiation receiver 5 , which is designed as an image intensifier with a television camera connected downstream. The radiation silhouette of the examination object 4 is thus converted into electrical signals, which are fed to an image processing device 6 . The image processing device 6 creates a radiographic image of the examination object 4 on a monitor 7 from these signals, which can thus be evaluated.

Eine Lagerung 8 für das Untersuchungsobjekt 4 ist von einem Schwingungserzeuger 9, der ebenfalls von der Steuervorrichtung 2 angesteuert wird, zur Ausführung von Schwingungen anregbar. Die Lagerung 8 kann vertikale, horizontale oder aber auch überlagerte Schwingung ausführen. A bearing 8 for the examination object 4 can be excited by a vibration generator 9 , which is also controlled by the control device 2 , to carry out vibrations. The bearing 8 can perform vertical, horizontal or superimposed vibration.

Zur Untersuchung, beispielsweise des Handgelenkes, werden die Strahlenquelle 1 und der Schwingungserzeuger 9 von der Steuer vorrichtung 2 derart angesteuert, daß die Strahlenerzeugung mit dem zeitlichen Verlauf der Schwingungen synchronisiert wird. Es können somit Durchstrahlungsbilder erstellt werden, die die einzelnen Bewegungsphasen des Handgelenkes zeigen. Gelenke können somit auf Verschleiß oder Bänderriß untersucht werden.For examining, for example, the wrist, the radiation source 1 and the vibration generator 9 are controlled by the control device 2 such that the radiation generation is synchronized with the time course of the vibrations. Radiographic images can thus be created which show the individual movement phases of the wrist. Joints can thus be examined for wear or torn ligaments.

Bewegungsstudien am Gelenk können erfolgen, wenn die Strah lenquelle 1 zur Emission einer Serie von Strahlungsimpulsen angeregt wird, wobei die Strahlungsimpulse an vorbestimmten Stellen 10, 11, 12 des zeitlichen Verlaufs der Schwingungs amplitude A erfolgen, was in der Fig. 2 gezeigt ist. Hierbei sind die Periodendauer der Strahlungsimpulse und die Perioden dauer der Schwingungen geringfügig unterschiedlich. Auf dem Monitor 7 kann der Bewegungsablauf somit in "Zeitlupe" dar gestellt werden, wenn eine Bildspeichereinrichtung der Bild verarbeitungsvorrichtung 6 in der Zeit zwischen einem ersten und einem zweiten Strahlungsimpuls das zuletzt erstellte Durchstrahlungsbild so lange wiederholt, bis das nächste Durchstrahlungsbild komplett abgetastet ist ("Gap-Filling").Movement studies on the joint can be carried out when the radiation source 1 is excited to emit a series of radiation pulses, the radiation pulses taking place at predetermined points 10 , 11 , 12 of the temporal course of the vibration amplitude A, which is shown in FIG. 2. The period of the radiation pulses and the periods of the vibrations are slightly different. The motion sequence can thus be displayed in "slow motion" on the monitor 7 when an image storage device of the image processing device 6 repeats the last transmission image created between a first and a second radiation pulse until the next transmission image is completely scanned (" Gap filling ").

Werden die Strahlungsimpulse an vorbestimmten Stellen 13, 14 des zeitlichen Verlaufes der Schwingungsamplitude A erzeugt, an denen eine maximale Dehnung oder Kompression des Gelenkes erfolgt, was in der Fig. 3 gezeigt ist, so können Informa tionen über das Dämpfungsverhalten des Gelenkes erhalten wer den. Die Strahlungsimpulse werden hierbei während der Maximal amplitude der Schwingung erzeugt.If the radiation pulses are generated at predetermined points 13 , 14 of the temporal profile of the oscillation amplitude A, at which there is maximum expansion or compression of the joint, which is shown in FIG. 3, information about the damping behavior of the joint can be obtained. The radiation pulses are generated during the maximum amplitude of the vibration.

Ist die Strahlenquelle 1 als Röntgenröhre ausgeführt, so können auf einfache Weise Strahlungsimpulse erzeugt werden, wenn die Röntgenröhre als gittergesteuerte Röntgenröhre ausge führt ist. Hierbei kann Strahlung in Abhängigkeit von der am Gitter anliegenden Spannung emittiert werden. Soll eine kon ventionelle Röntgenröhre Anwendung finden, so ist diese durch einen Spannungsimpuls anzusteuern, so daß die Röntgenröhre zur Emission eines Strahlungsimpulses angeregt wird. Hierbei kann es vorteilhaft sein, einen hohen Röntgenröhrenstrom zu wählen, damit das Abklingen der Hochspannung in kurzer Zeit stattfin det. Eine Erhöhung der Vorfilterung der Röntgenstrahlung auf mehr als 2 mm Aluminium kann ebenfalls vorteilhaft eine Ver kürzung des Strahlenimpulses bewirken. Ein Vierventilröntgen strahler, der vorzugsweise als Eintankgerät ausgeführt ist, kann hierzu ebenfalls Anwendung finden, wenn kein Speicherkon densator im Hochspannungskreis vorgesehen ist. Solche Röntgen generatoren können Strahlungsimpulse liefern, die bei geeig neter Vorfilterung eine Impulsdauer von 1 bis 2 msec. haben, wenn die sinusförmige primäre Eingangsspannung eine Frequenz von 50 Hz hat. Es handelt sich hierbei um eine sehr preiswerte Lösung zur Erzeugung von Strahlungsimpulsen. Bei der Verwen dung von Stehanodenröntgenröhren ist zu beachten, daß diese wegen der gegenüber Drehanodenröntgenröhren geringeren ther mischen Belastbarkeit nur eine reduzierte Dosis pro Strah lungsimpuls erlauben. Es kann daher vorteilhaft sein, mehrere Teilbilder zu erstellen, wobei hierbei bei vorgegebener kon stanter Schwingungsamplitude und Schwingungsphasenlage jeweils ein Strahlungsimpuls erzeugt wird. Diese Teilbilder werden dann zu einem genügend rauschfreien Bild in der Bildverarbei tungsvorrichtung 6 integriert, bevor sie auf dem Monitor 7 dargestellt werden.If the radiation source 1 is designed as an X-ray tube, radiation pulses can be generated in a simple manner if the X-ray tube is designed as a grid-controlled X-ray tube. Radiation can be emitted depending on the voltage applied to the grating. If a conventional X-ray tube is to be used, it is to be controlled by a voltage pulse, so that the X-ray tube is excited to emit a radiation pulse. It may be advantageous to choose a high X-ray tube current so that the decay of the high voltage takes place in a short time. Increasing the pre-filtering of the X-rays to more than 2 mm aluminum can also advantageously bring about a shortening of the radiation pulse. A four-valve x-ray radiator, which is preferably designed as a one-tank device, can also be used for this purpose if no storage capacitor is provided in the high-voltage circuit. Such X-ray generators can deliver radiation pulses which, with suitable pre-filtering, have a pulse duration of 1 to 2 msec. if the sinusoidal primary input voltage has a frequency of 50 Hz. It is a very inexpensive solution for generating radiation pulses. When using standing anode X-ray tubes, it should be noted that because of the lower thermal load capacity compared to rotating anode X-ray tubes, they only allow a reduced dose per radiation pulse. It can therefore be advantageous to create a plurality of partial images, a radiation pulse being generated in each case with a predetermined constant oscillation amplitude and oscillation phase position. These partial images are then integrated into a sufficiently noise-free image in the image processing device 6 before they are displayed on the monitor 7 .

Strahlungsimpulse können auch erzeugt werden, wenn möglichst brennflecknah im Strahlenbündel 3 eine Blende vorgesehen ist, die das Strahlenbündel 3 durch eine vorgesehene Öffnung frei gibt oder durch Absorption sperrt. Diese Blende kann als mechanischer Umlaufverschluß aus Strahlung absorbierendem Material bestehen, der scheiben- oder trommelförmig ausgebil det ist. Die Frequenz der Rotation des mechanischen Umlaufver schlusses wird hierbei, unter Berücksichtigung der Dauer des Abtastvorganges, auf die Frequenz der Schwingung abgestimmt. Wird die Strahlung kontinuierlich emittiert, so ist die zeit liche Ausnutzung der erzeugten Strahlung sehr gering. Damit die Strahlenquelle nicht unnötigerweise belastet wird ist es vorteilhaft, wenn diesem eingangsseitig Spannungsimpulse zugeführt werden. Die Strahlungsimpulse sollten hierzu mit der Öffnung des mechanischen Umlaufverschlusses synchronisiert werden.Radiation pulses can also be generated if a diaphragm is provided as close as possible to the focal spot in the beam 3 , which opens the beam 3 through an opening provided or blocks it by absorption. This aperture can consist of a radiation-absorbing material as a mechanical circulation closure, which is disk-shaped or drum-shaped ausgebil det. The frequency of the rotation of the mechanical Umlaufver closure is here, taking into account the duration of the scanning process, matched to the frequency of the vibration. If the radiation is emitted continuously, the temporal utilization of the radiation generated is very low. So that the radiation source is not unnecessarily loaded, it is advantageous if voltage pulses are supplied to it on the input side. For this purpose, the radiation pulses should be synchronized with the opening of the mechanical circulation lock.

Die mechanischen Anregungen des Untersuchungsobjektes 4 während der Untersuchung können zu einer starken Verschiebung des Untersuchungsobjektes 4 im Strahlengang führen, so daß auch das vom Strahlenempfänger 5 empfangene Strahlenschatten bild sich bewegungsabhängig verändert. Eine ungestörte Beur teilung des Durchstrahlungsbildes auf dem Monitor 7 ist somit nicht mehr möglich. Es ist daher vorteilhaft, geeignete Maß nahmen zu unternehmen, damit das Durchstrahlungsbild auf dem Monitor 7 unbeeinflußt von der mechanischen Anregung des Untersuchungsobjektes 4 bleibt. Geeignete Möglichkeiten hierzu sind:The mechanical excitations of the examination object 4 during the examination can lead to a strong displacement of the examination object 4 in the beam path, so that the radiation shadow received by the radiation receiver 5 also changes depending on the movement. An undisturbed assessment of the radiograph on the monitor 7 is therefore no longer possible. It is therefore advantageous to take suitable measures so that the radiographic image on the monitor 7 remains unaffected by the mechanical excitation of the examination object 4 . Suitable options are:

to adjust the x-ray focus by magnetic fields synchronously with the excitation frequency of the vibration generator 9 (wobble focus),
- synchronous manipulation of the electron image in the image ver stronger,
- Synchronous adjustment of the deflection grid of a television picture recording tube,
- Shift of the electronic memory image at the Storage or reading out by clock shift and
- Magnetic shift of the image on the monitor Fields.

Sollen sehr schnelle Bewegungsvorgänge erfaßt werden, so ist es vorteilhaft, wenn nur ein relativ geringer Teil des Ein gangsschirmes des Röntgenbildverstärkers, beispielsweise kreisförmig, eingeblendet wird, auf den das Strahlenschatten bild des Untersuchungsobjektes 4 projiziert wird. Durch die Ablenkspulen des Röntgenbildverstärkers kann das Elektronen bild auf zeilenförmig angeordnete diskrete Positionen auf den Ausgangsschirm des Röntgenbildverstärkers projiziert werden, das dann von einer Bildaufnahmeröhre oder einem CCD abgetastet und in elektrische Signale gewandelt wird. Es lassen sich somit Abtastfrequenzen von bis zu ca. 1000 Hz erfassen. Bei der Verwendung von Bildaufnahmeröhren ist es vorteilhaft, die Frequenz und Phasenlage des Fernsehabtasters und die Strah lungsimpulse so aufeinander abzustimmen, daß - unter Berück sichtigung des durch die magnetische Ablenkung des Elektronen bildes im Röntgenbildverstärker bestimmten Abbildungsortes auf dem Ausgangsschirm des Röntgenbildverstärkers - keine Kolli sion von Bildaufbau und Bildabtastung erfolgt. Beim Einsatz von CCD′s ist sicherzustellen, daß der Ladungstransfer von der Integrationsebene in die Scannebene des CCD′s in einer Pause zwischen den Strahlungsimpulsen erfolgt. Es reduziert sich somit der Einfluß eines evtl. Nachleuchtens des Ausgangs leuchtschirmes auf die Signalamplitude der Bildaufnahmeröhre bzw. des CCD′s und gegebenenfalls eines Nachbildes der Einzel bilder der Bewegungsphase.If very fast movement processes are to be detected, it is advantageous if only a relatively small part of the input screen of the X-ray image intensifier, for example circular, is faded in, onto which the radiation shadow image of the examination object 4 is projected. Through the deflection coils of the X-ray image intensifier, the electron image can be projected onto discrete positions arranged in rows on the output screen of the X-ray image intensifier, which is then scanned by an image pickup tube or a CCD and converted into electrical signals. Sampling frequencies of up to approx. 1000 Hz can thus be recorded. When using image recording tubes, it is advantageous to coordinate the frequency and phase position of the television scanner and the radiation pulses so that - taking into account the image location determined by the magnetic deflection of the electron image in the X-ray image intensifier on the output screen of the X-ray image intensifier - no collision Image construction and image scanning takes place. When using CCD's, it must be ensured that the charge transfer from the integration level to the scanning level of the CCD's takes place in a pause between the radiation pulses. It thus reduces the influence of a possible afterglow of the output fluorescent screen on the signal amplitude of the image pickup tube or the CCD and possibly an afterimage of the individual images of the movement phase.

Claims

1. Medical examination system with a radiation source ( 1 ),
with a vibration generator ( 9 ) through which an examination object ( 4 ) can be set in mechanical vibrations,
with an image recording system ( 5 , 6 ), which receives the examination object ( 4 ) penetrating radiation, and
with a control device ( 2 ) by which the radiation generation is synchronized with the temporal course of the vibrations.

2. Medical examination system according to claim 1, wherein a series of radiation pulses at predetermined positions len the time course of the vibration amplitude (A) er is fathered.

3. Medical examination system according to claim 1 or 2, wherein the image recording system ( 5 , 6 ) is designed such that a radiographic image of the examination object ( 4 ) can be displayed on a monitor ( 7 ).

4. Medical examination system according to claim 3, wherein the image recording system ( 5 , 6 ) is designed so that a first radiograph of the examination object ( 4 ) remains visible on the monitor ( 7 ) until a second radiograph of the examination object ( 4 ) is.