DE4424906C1

DE4424906C1 - Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem CCD-Bildwandler

Info

Publication number: DE4424906C1
Application number: DE4424906A
Authority: DE
Inventors: Horst Schreiner; Hartmut Dipl Ing Sklebitz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2014-07-15
Also published as: DE19536487C1

Description

In der Röntgentechnik können CCDs als Bildwandler eingesetzt werden, die das Bild auf dem Ausgangsschirm eines Röntgen bildverstärkers erfassen und in Fernsehsignale umwandeln. Da bei besteht jedoch wegen der limitierten Elektronenanzahl pro Bildpunkt die Gefahr einer Rauscherhöhung, wenn relativ hohe Dosen pro Bild zum Einsatz kommen (z. B. DSA, DR). Eine Rönt gendiagnostikeinrichtung mit CCD-Bildwandlern ist beispiels weise in DE 42 12 644 A1 beschrieben.

Durch US 4 160 266 ist eine Röntgenfernsehanlage bekannt, bei der ein komplettes Bild aus zwei Teilbildern zusammengesetzt wird und die Bildübertragung erfolgt, wenn sich ein stationä rer Zustand für die Teilbilder eingestellt hat. Der Zeitpunkt für die Bildübertragung wird also in Abhängigkeit vom Status des Bildaufbaus gewählt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgendiagno stikeinrichtung mit einem CCD-Bildwandler so auszubilden, daß sich ein optimales Signal/Rauschverhältnis ergibt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 1.

Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen CCD-Bildwandler zur Erläuterung des Erfindungs gedankens, und

Fig. 2 Kurvenverläufe zur Erläuterung der Wirkungsweise des CCD-Bildwandlers gemäß Fig. 1.

In der Fig. 1 ist der Aufbau eines bekannten CCDs gezeigt. Der CCD besteht aus einer lichtempfindlichen Fläche mit einer Matrix aus Detektorelementen 1, 2, 3, 4 usw., die als Photo dioden ausgebildet sind. Für jedes Bildelement des Vollbildes ist je ein Detektorelement vorgesehen, so daß die Matrix zum Beispiel in einer Zeile 1920 und in einer Spalte 1036 Detek torelemente aufweist. Aus Gründen der Kompatibilität mit Bildaufnahmeröhren werden manche (Frame-) Interline-Transfer-CCD halbbildweise ausgelesen. Dazu werden abwechselnd die Ladungen der Detektorelemente der ungeraden bzw. der geraden Zeilen in die mit lichtundurchlässigem Material abgedeckten vertikalen Schieberegister 5, 6 usw. in der Bildfläche 7 übertragen. Dieser Vorgang ist in wenigen Mikrosekunden abge schlossen. Der Ladungsinhalt der abgetasteten Detektorelemen te beträgt danach Null.

Bei Frame-Interline-Transfer-CCDs wird der Inhalt der verti malen Schieberegister 5, 6 usw. innerhalb einer Zeit, die oft kleiner als eine Millisekunde ist, durch paralleles Verschie ben in den Halbbildspeicher 8 überführt, und zwar in die dort vorgesehenen vertikalen Schieberegister 9, 10 usw. Von hier aus wird das CCD ausgelesen, nachdem die Ladungen des Halb bildspeichers 8 in ein oder zwei horizontale (serielle) Regi ster 11, 12 für die Detektorelemente einer Zeile transferiert wurden.

Die Fig. 2 zeigt eine Reihe von zeitlichen Signalverläufen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Doppelabtastung während eines Röntgenbelichtungsimpulses. Die Röntgenstrahlung be ginnt zum Zeitpunkt T₀ und endet zum Zeitpunkt T₃. Gleichzei tig mit dem Beginn der Röntgenstrahlung wird die dadurch er zeugte Ladung in den Detektorelementen integriert, d. h. mit der Integration des Bildes begonnen. Es wird vorausgesetzt, daß zum Zeitpunkt T₁ die ungefähre Gesamtbelichtungszeit t_b bekannt ist. Es wird angestrebt, daß t₁ ≈ t_b/2 ist, weil sich dann zwei etwa gleich ausgesteuerte Teilbilder ergeben und die wirksamste Rauschreduktion erfolgt. Da t₂ die Zeit ist, welche benötigt wird, um alle Ladungen aus den Schieberegi stern 5, 6 usw. in die Schieberegister 9, 10 des Halbbild speichers 8 zu überführen, erfolgt zum Zeitpunkt T₁ der Transfer der Ladungen der ungeraden Zeilen in die vertikalen Schieberegister 5, 6 durch die Impulse gemäß der Kurve c in Fig. 2. Die Kurve b zeigt dabei die Integration und die Kurve a den zeitlichen Verlauf des Röntgenpulses. Der Abtransport der Ladungen in den Halbbildspeicher 8 muß zum Zeitpunkt T₂ beendet sein, so daß die Schieberegister 5, 6 zu diesem Zeit punkt das durch den Transferimpuls gemäß der Kurve e bewirkte Über führen der Ladung der Detektorelemente aus den geraden Zeilen aufnehmen können. Die Kurve d zeigt dabei die Integra tion für die geraden Zeilen, während die Kurve b die Integra tion für die ungeraden Zeilen zeigt. Der Belegungsgrad der Speichersektionen des Halbbildspeichers 8 ist in den Kurven f und g dargestellt, während die Kurve h das Bildsignal zeigt. Zum Zeitpunkt T₁ bzw. T₂ bis T₃ beginnt die zweite Integra tionsphase für die ungeraden bzw. geraden Zeilen. Theoretisch könnte bereits zum Zeitpunkt T₅ nach dem Freiwerden der Schieberegister 5, 6 das zweite Bild der ungeraden Zeilen in diese Schieberegister übernommen werden. Dies ist jedoch nachteilig, weil dann die Detektorelemente noch bis zu der Dauer eines Vollbildes dem Nachbild des Röntgenbildverstär kers ausgesetzt sind, wodurch sich unterschiedliche Aus steuerungen zwischen U₂ und G₂ in den Kurven b und d ergeben können (Halbbildflackern). Daher ist es günstiger, bis zum Zeitpunkt T₆ zu warten, denn dann ist der Bildspeicher 8 wie der leer und man kann rasch nacheinander das Bild entsprechend 8 und danach das Bild entsprechend G₂ in die Schieberegister 5, 6 usw. überführen. Zum Zeitpunkt T₁₀ ist auch das zweite Bild der geraden Zeilen vollständig abgetastet.

Die beiden Bilder aus den ungeraden und geraden Zeilen werden durch Addition in einem Digitalspeicher zu einem Vollbild zu sammengesetzt. Hierbei ist es unerheblich, wenn die Teilbil der, z. B. U₁ und U₂, unterschiedliche Amplituden haben, weil sie aus unterschiedlichen Integrationszeiten resultieren. Da die Summe der Integrationszeiten den Halbbildern der geraden und ungeraden Zeilen zugeordnet ist, ergibt sich in der Summe der Amplitude beider Teilbilder kein Unterschied.

Durch die geschilderte Betriebsweise des CCDs resultiert ohne verlängerte Integrationsdauer ein optimales Rauschverhalten.

Wenn man zwischen den Zeitpunkten T₁₁ T₂ eine vertikale Ver schiebung des CCDs gemäß Fig. 1 um einen halben Zeilenab stand, z. B. mit Hilfe eines Piezoelementes, ausführt und die volle horizontale Auflösung des CCDs ausnützt, resultiert eine Bildmatrix mit 2000 mal 2000 Pixeln. Die Rauschverhält nisse sind auch in dieser Betriebsart der Bildaufnahmeröhre überlegen.

Claims

1. Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem CCD-Bildwandler (Fig. 1), bei dem während eines Röntgenpulses aufeinanderfol gend der Transfer der Ladungen der Detektorelemente (1, 2) für eine Zeilengruppe und anschließend der Transfer der La dungen einer zweiten Zeilengruppe (3, 4) erfolgt und die bei den so erhaltenen Bildinformationen zu einem Vollbild zusam mengesetzt werden, wobei der Transfer in die Speicherregionen ungefähr nach der Hälfte der vorbekannten Gesamtbelichtungs zeit erfolgt.

2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, bei dem die beiden Zeilengruppen die ungeraden und die geraden Zeilen sind.

3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der CCD-Bildwandler senkrecht zur Zeilenrichtung ver schiebbar gelagert ist.