DE4422366C1 - Röntgendiagnostikeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenstrahlenquelle zur Erzeugung eines Röntgenstrah­ lenbündels, mit einem Bildwandler, der mehrere nebeneinander angeordnete Detektoren mit matrixförmig angeordneten Detek­ torelementen zur Erfassung von Röntgenstrahlenbildern auf­ weist, und mit einer an dem Bildwandler angeschlossenen Wie­ dergabevorrichtung zur Wiedergabe der Röntgenstrahlenbilder. Bei derartigen Röntgendiagnostikeinrichtungen werden als Bildwandler beispielsweise Festkörperbildwandler eingesetzt.

Ein Bildwandler für eine Röntgendiagnostikeinrichtung ist beispielsweise in der US-A-4,948,966 beschrieben. Derartige Bildwandler weisen jedoch nur eine geringe Größe auf, so daß sich die in der Röntgentechnik häufig benötigten großflächi­ gen Aufnahmen nicht mit einer derartigen Vorrichtung anferti­ gen lassen.

Aus der DE-A 38 25 703 ist ein Röntgenbildwandler bekannt, bei dem eine Schlitzblende ein fächerförmiges Röntgenstrah­ lenbündel ausblendet, das auf eine Detektoranordnung fällt, die aus mehreren, in einer Reihe angeordneten Detektoren besteht. Die Detektoren weisen eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Detektorelementen auf. Zusammen mit der Schlitz­ blende wird die Detektoranordnung bewegt, so daß durch Belichtungen in mehreren Positionen ein großflächiges Rönt­ genbild zusammengesetzt werden kann. An den seitlichen Stoß­ kanten jedoch werden keine Bildinformationen erhalten, wobei diese Fehlstellen eine Breite bis zu mehreren Bildpunkten (Pixeln) aufweisen können. Aus diesem Grunde wurde vorge­ schlagen, die Detektorfläche nicht rechteckig, sondern rhom­ bisch auszuführen, so daß durch die Vertikalbewegung in einer Richtung quer zur Detektoranordnung die Fehlstellen nachein­ ander erfaßt werden. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch sehr aufwendig. Außerdem wird eine spezielle, sehr kosten­ intensive Ausführung der Bildwandler benötigt.

In der DE-A 33 30 894 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung beschrieben, bei der ein flaches Röntgenstrahlenbündel ein Untersuchungsobjekt abtastet und die dadurch modulierten Röntgenstrahlen auf einen Röntgenbildverstärker fallen, an dessen Ausgang mehrere CCD-Bildwandler in zwei Reihen neben­ einander jeweils auf Lücke verschachtelt angeordnet sind. Durch Veränderung der Strahlengeometrie wird für jede Zeile die Abbildung derart mit einem Vielfachen der Zeilenfrequenz abgelenkt, daß der abgetastete Bildpunkt des Röntgenbildes auf jeden Fall auf eine der CCD-Bildwandler fällt.

In der US-A-4,517,603 ist eine Vorrichtung beschrieben, die bei einem Bildwandler mit matrixförmig angeordneten Detektor­ elementen eine Auflösungsverbesserung dadurch erreicht, daß der Bildwandler seitlich verschoben wird, so daß von einem Detektorelement Signale in beispielsweise vier verschiedenen Positionen erfaßt werden. Die Signale der Detektorelemente stellen in jeder Position einen Bildpunkt in dem Gesamtbild dar, so daß sich durch die Verschiebung die Anzahl der zur Bildgebung beitragenden Pixelpositionen erhöht. Durch diese Anordnung läßt sich zwar bei einem kleinen Bildsensor die Auflösung verbessern, eine großflächige Erfassung ist jedoch nicht möglich.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagno­ stikeinrichtung mit einem Bildwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der mehrere flächenförmig nebeneinander angeordnete Detektoren aufweist, bei denen auf einfache Weise Fehlstellen an den aneinandergrenzenden Kanten, den Stoßstel­ len, der Detektoren erfaßt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bildwandler mehrere nebeneinander angeordnete aSi:H-Röntgen­ detektoren aufweist und mit einer Verschiebevorrichtung gekoppelt ist, die den Bildwandler in Bezug auf die Röntgen­ strahlenquelle seitlich in der Abbildungsebene mechanisch verschiebt, wobei wenigstens ein Röntgenstrahlenbild vor der mechanischen Verschiebung und wenigstens ein Röntgenstrahlen­ bild nach der mechanischen Verschiebung erfaßt wird und die Wiedergabevorrichtung eine Rechenschaltung aufweist und der­ art ausgebildet ist, daß sie die sich überlappenden Röntgen­ strahlenbilder bildpunktweise derart zusammensetzt, daß zueinandergehörende Bildpunkte der sich überlappenden Rönt­ genstrahlenbilder addiert werden, die Pegel der Bildpunkte der an den aneinandergrenzenden Stoßstellen fehlenden Detektorele­ mente des einen Röntgenstrahlenbildes durch die entsprechen­ den Bildpunkte des anderen Röntgenstrahlenbildes ersetzt und an die Pegel der addierten Bildpunkte entsprechend angepaßt werden. Durch diese Verschiebungen werden auch die Fehlstel­ len an den Stoßkanten der einzelnen Detektoren erfaßt, so daß sich die Signale aller Detektorelemente zu einem Röntgenbild ohne Ausfälle an Pixeln zusammensetzen lassen.

Erfindungsgemäß kann die Verschiebevorrichtung derart ausge­ bildet sein, daß sie eine mechanische Verschiebung um die gesamte Breite der an den Stoßstellen fehlenden Bildpunkte bewirkt, daß die mechanische Verschiebung um die Breite einer Spalte oder mehrerer Spalten und einer Zeile oder mehrerer Zeilen der Bildpunkte erfolgt bzw. diagonal zur Matrix durch­ geführt wird.

Eine Reduzierung der Strahlenbelastung wird erreicht, wenn die Wiedergabevorrichtung und die Rechenschaltung derart aus­ gebildet sind, daß zwei Röntgenstrahlenbilder mit diagonaler Verschiebung bei halber Dosis erfaßt werden, daß die Werte zueinandergehörender Bildpunkte der sich überlappenden Rönt­ genstrahlenbilder addiert und die Werte der Bildpunkte der Stoßstellen mit dem Faktor zwei multipliziert werden.

Einen einfachen Aufbau erhält man, wenn die Wiedergabevor­ richtung einen Speicher für die Bildpunkte der Stoßstellen aus dem jeweils anderen Röntgenstrahlenbild aufweist, der derart ausgebildet ist, daß in dem aktuellen Röntgenstrah­ lenbild die gespeicherten Bildpunkte der Stoßstellen aus dem jeweils anderen Röntgenstrahlenbild ortsrichtig eingefügt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrich­ tung,

Fig. 2 und 3 Darstellungen der Wirkungsweise der erfindungs­ gemäßen Verschiebungen.

In der Fig. 1 ist eine bekannte Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Hochspan­ nungsgenerator 2 betrieben wird. Die Röntgenröhre 1 sendet ein Röntgenstrahlenbündel 3 aus, das einen Patienten 4 durch­ dringt und auf einen Röntgenbildwandler 5 entsprechend der Transparenz des Patienten 4 geschwächt als Röntgenstrahlen­ bild fällt. Der Röntgenbildwandler 5 ist mit einer Wieder­ gabevorrichtung verbunden, die eine Verarbeitungsschaltung 6 und einen daran angeschlossenen Monitor 7 zur Wiedergabe des Röntgenstrahlenbildes aufweist.

An den Röntgenbildwandler 5 ist eine Verschiebevorrichtung 8 mechanisch gekoppelt, die beispielsweise aus Piezo-Aktoren bestehen kann, die den Röntgenbildwandler 5 in x- und y-Rich­ tung verschieben.

Die Wirkungsweise der Verschiebevorrichtung 8 wird nun anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. In Fig. 2 ist schema­ tisch der Ausgangszustand des Röntgenbildwandlers 5 darge­ stellt, der aus mehreren nebeneinander angeordneten Detek­ toren 11 besteht.

An den Stoßstellen 12 von benachbarten Detektoren 11, die in Bezug auf die Abmessungen der Detektoren 11 sehr vergrößert dargestellt sind, ergeben sich im Röntgenstrahlenbild kreuz­ förmige Fehlstellen, die sich störend auswirken. Die Störung ist im dargestellten Falle mit vier aneinandergefügten Detek­ toren 11 (Butting) in der Mitte am größten. Da gerade im Zen­ trum normaler Weise die am meisten interessierenden Bereiche liegen, wäre eine derartige Vorrichtung für die Röntgentech­ nik nicht brauchbar.

In dieser in Fig. 2 dargestellten Position wird beispiels­ weise ein erstes Röntgenstrahlenbild erfaßt. Anschließend erfolgt eine Verschiebung durch die Verschiebevorrichtung 8 in x- und y-Richtung, so daß die Detektoren 13 nunmehr die in Fig. 3 dargestellten Positionen einnehmen. In der Fig. 3 sind die Detektoren 11 und Stoßstellen 12 in den Positionen der Fig. 2 gestrichelt dargestellt. Die Diagonalverschiebung durch die Verschiebevorrichtung 8 erfolgt derart, daß die Größe der Verschiebung sowohl in x- als auch in y-Richtung mindestens der Breite der Stoßstellen 12, vorzugsweise der Breite einer Spalte bzw. einer Reihe der Bildpunkte oder einem Vielfachen davon entspricht. In dieser Position wird wiederum ein Röntgenstrahlenbild erfaßt, das ebenfalls Aus­ fallstellen an den Stoßstellen 14 Aufweist. Durch die Wieder­ gabevorrichtung 6 wird dieses Röntgenstrahlenbild bildpunkt­ weise mit dem vorhergehenden Röntgenstrahlenbild kombiniert.

Die anfallenden Daten können in einen Speicher 9 eingelesen werden. Die Wiedergabeschaltung 6 kann weiterhin eine Rechen­ schaltung 10 aufweisen, die die Signale derjenigen Detektor­ elemente addiert, die in beiden Röntgenstrahlenbildern den gleichen Objektpunkten zugeordnet sind. Im Bereich der Aus­ fallstellen, der Stoßstelle 12 des ersten Röntgenstrahlen­ bildes und der Stoßstelle 14 des zweiten Röntgenstrahlenbil­ des, wird die Rechenschaltung eine Multiplikation des Signals der Detektorelemente 11 bzw. 13 mit einem Korrekturfaktor, in unserem Falle dem Faktor zwei, durch. Das bedeutet, daß die einzelnen Röntgenstrahlenbilder mit halber Dosis erstellt werden können, da eine Verdopplung der Bildpunktsignale ent­ weder durch Addition oder durch Multiplikation erfolgt.

Um im Durchleuchtungsbetrieb eine Darstellung in Real-Time ohne Zeitverlust durchführen zu können, wird eine Verschie­ bung des Bildwandlers 5 durch die Verschiebevorrichtung 8 nur von Bild zu Bild durchgeführt. Lediglich im Bereich der Aus­ fallstellen, in denen die Information fehlt, werden die Si­ gnale vom vorhergehenden Bild aus dem Speicher 9 übernommen. Dadurch ergibt sich nur für die Ausfallstellen die halbe Bildrate.

Bei einer derartigen Röntgendiagnostikeinrichtung können die Detektoren 11 eine Photodioden-Matrix aufweisen, auf der eine Szintillatorschicht aufgebracht ist, die die Röntgenstrahlung in Licht umwandelt. Die Photodioden-Matrix von mehreren, bei­ spielsweise 512·512, matrixförmig angeordneten Pixeln kann aus wasserstoffhaltigem amorphem Silizium (aSi:H) bestehen.

Durch die erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung mit Aufnahme mindestens eines Röntgenstrahlenbildes vor und nach mechanischer Diagonalverschiebung des aus mehreren aneinan­ dergefügten Teilflächen, den Detektoren 11 bzw. 13, bestehen­ den Bildwandlers 5 um mindestens eine Schrittweite, Aufaddi­ tion der Bilder in der Rechenschaltung 10 unter Berücksichti­ gung der durch die Ortsverschiebung notwendigen Korrektur und der erforderlichen Amplitudenanpassung im Ausfallbereich der Stoßstellen 12 und 14, erhält man einen großflächigen Rönt­ genbildwandler, der im wiedergegebenen Röntgenstrahlenbild keine Ausfallstellen aufweist.

Claims (6)

1. Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenstrahlen­ quelle (1) zur Erzeugung eines Röntgenstrahlenbündels (3), mit einem Bildwandler (5), der mehrere nebeneinander angeord­ nete aSi:H-Röntgendetektoren mit matrixförmig angeordneten Detektorelementen zur Erfassung von Röntgenstrahlenbildern aufweist, und mit einer an dem Bildwandler (5) angeschlosse­ nen Wiedergabevorrichtung (6, 7) zur Wiedergabe der Röntgen­ strahlenbilder, wobei der Bildwandler (5) mit einer Verschie­ bevorrichtung (8) gekoppelt ist, die den Bildwandler (5) in Bezug auf die Röntgenstrahlenquelle (1) seitlich in der Abbildungsebene mechanisch verschiebt, wobei wenigstens ein Röntgenstrahlenbild vor der mechanischen Verschiebung und wenigstens ein Röntgenstrahlenbild nach der mechanischen Verschiebung erfaßt wird und die Wiedergabevorrichtung (6) eine Rechenschaltung (10) aufweist und derart ausgebildet ist, daß sie die sich überlappenden Röntgenstrahlenbilder bildpunktweise derart zusammensetzt, daß zueinandergehörende Bildpunkte der sich überlappenden Röntgenstrahlenbilder addiert werden, die Pegel der Bildpunkte der an den aneinandergren­ zenden Stoßstellen (12, 14) fehlenden Detektorelemente des einen Röntgenstrahlenbildes durch die entsprechenden Bild­ punkte des anderen Röntgenstrahlenbildes ersetzt und an die Pegel der addierten Bildpunkte entsprechend angepaßt werden.

2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ver­ schiebevorrichtung (8) derart ausgebildet ist, daß sie eine mechanische Verschiebung um die gesamte Breite der an den Stoßstellen (12, 14) fehlenden Bildpunkte bewirkt.

3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebevorrichtung (8) derart ausgebildet ist, daß die mechanische Verschiebung um die Breite einer Spalte und einer Zeile der Bildpunkte erfolgt.

4. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebevorrichtung (8) derart ausgebildet ist, daß die mechanische Verschiebung diagonal zur Matrix durchgeführt wird.

5. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabevorrichtung (6) und die Rechenschaltung (10) derart ausgebildet sind, daß zwei Röntgenstrahlenbilder mit diagonal er Verschiebung bei halber Dosis erfaßt werden und daß die Werte zueinandergehörender Bildpunkte der sich überlappenden Röntgenstrahlenbilder addiert und die Werte der Bildpunkte der Stoßstellen (12, 14) mit dem Faktor zwei mul­ tipliziert werden.

6. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabevorrichtung (6) einen Speicher (9) für die Bildpunkte der Stoßstellen (12, 14) aus dem jeweils anderen Röntgenstrahlenbild aufweist, der derart ausgebildet ist, daß in dem aktuellen Röntgenstrahlenbild die gespeicherten Bild­ punkte der Stoßstellen (12, 14) aus dem jeweils anderen Rönt­ genstrahlenbild ortsrichtig eingefügt werden.