DE4424906C1 - Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem CCD-Bildwandler - Google Patents
Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem CCD-BildwandlerInfo
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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 tb
bekannt ist. Es wird angestrebt, daß t₁ ≈ tb/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 (3)
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.
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Also Published As
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