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Mindestens
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft allgemein ein medizinisches
Röntgenstrahlen-Bildgebungssystem,
das eine elektronische Videokamera verwendet, die mit sichtbarem
Licht arbeitet, um die Helligkeit zu steuern. Mindestens eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft eine elektronische Videokamera,
die einen neutralen Dichtefilter verwendet, der eine veränderliche
Lichtundurchlässigkeit über den
Filter aufweist und der für
Lichtabschwächung
einstellbar ist.
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In
der Vergangenheit wurden medizinische Diagnose-Bildgebungssysteme
zur Bildgebung von interessierenden Bereichen in einem Patienten
vorgeschlagen, die Röntgenquellen
und Empfänger
verwenden, die auf gegenüberliegenden
Seiten eines interessierenden Bereichs im Patienten angeordnet sind.
Typischerweise verwenden Röntgen-Bildgebungssysteme
eine Röntgenquelle
und einen Empfänger,
die in verschiedene Positionen relativ zu dem interessierenden Bereich
des Patienten bewegbar sind. Die Röntgenquelle wird gesteuert,
um den Betrag der Röntgenstrahlen,
die von dieser übertragen werden,
den Patienten durchqueren und auf dem Röntgenstrahlenempfänger empfangen
werden, zu steuern. Röntgenstrahlenempfänger enthalten
typischerweise einen Bildverstärker,
der eine Röntgen detektierende
Schicht aufweist, die die den Patienten durchquerenden Röntgenstrahlen
detektiert. Der Bildverstärker
wandelt die Röntgenstrahlen
in sichtbares Licht um, das auf eine einer Videokamera benachbarten
Objektebene gelenkt wird. Die Videokamera enthält eine optische Linseneinrichtung,
die Licht von der Objektebene in eine Bildebene fokussiert, die benachbart
zu einem lichtempfindlichen Sensor angeordnet ist. Ein Beispiel
eines lichtempfindlichen Sensors ist eine Ladungsgekoppelte Einrichtung.
Der lichtempfindliche Sensor detektiert und wandelt das sichtbare
Licht in der Bildebene in Daten um, die bearbeitet werden und sofort
einem Benutzer dargestellt werden.
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Verschiedene
anatomische Bereiche schwächen
Röntgenstrahlen
in unterschiedlichem Maße ab,
abhängig
von der Dicke, der Dichte, der Struktur und Ähnlichem des anatomischen Bereichs.
Diese unterschiedlichen Charakteristiken der Patientenanatomie schwächen Röntgenstrahlen
in unterschiedlichem Maße
ab und können
die Röntgenbilder
in dem Bereich verschlechtern in dem eine interessierende Anatomie
benachbart zu bestimmten anderen Typen der Anatomie lokalisiert
ist.
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Die
Bediener der Röntgen-Bildgebungsausrüstung versuchen
die Bildqualität
der Röntgenbilder auf
verschiedene Art und Weise zu verbessern. Eine dieser Möglichkeiten
zur Verbesserung der Röntgenbildqualität beinhaltet
die Anpassung der Röntgenintensität durch
die Röntgenquelle.
Beispielsweise werden Bereiche, die die Röntgenstrahlen stark abschwächen, besser
durch ein Erhöhen
der Anzahl der Röntgenstrahlen,
die von der Quelle übertragen werden,
bildgebend dargestellt.
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Durch
die Erhöhung
der Röntgenstrahlentransmission,
erhöht
der Benutzer gleichzeitig die Lichtquanten- oder Photonenstatistik,
die von dem Empfänger
detektiert werden (beispielsweise die Anzahl der als Photonen oder
Lichtquanten, die auf den Bildverstärker treffen). Wenn die Photonenstatistik ansteigt,
wandelt der Bildverstärker
mehr und mehr Röntgenstrahlen
in sichtbares Licht um, wodurch die Helligkeit des in die Objektebene
der elektronischen Videokamera fallen den Lichts sich erhöht. Die
Lichthelligkeit kann auf einen Pegel steigen, der ausreichend ist,
um den Lichtsensor zu sättigen,
wie beispielsweise die CCD-Kamera. Wenn das detektierte Licht überhöht wird,
werden das bearbeitete und dargestellte Bild geschwächt. Die
Bildschwächung
kann in unterschiedlicher Form, wie beispielsweise als verwaschenes
Bild, oder als ein Bild auftreten, das einen schlechten Kontrast
zwischen benachbarten Anatomien aufweist und Ähnliches.
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In
der Vergangenheit haben die Röntgensysteme
versucht, die Lichthelligkeit an der Überlastung des Sensors zu hindern,
indem eine Irisblende vor die elektronische Kamera angeordnet wurde,
die eine verstellbare Öffnung
aufwiest, die nur einen bestimmten Anteil des Lichtes durchlässt. Der
Durchmesser der Öffnung
kann variiert werden, um die gewünschte
mittlere Abschwächung
der Helligkeit des Lichtes in der Objektebene zu beeinflussen. Wenn die
Vorrichtung die Irisöffnung
auf „Stop
down" verringert
oder teilweise die Irisöffnung
schließt,
wird eine Rückkopplungsdetektion
die mittlere Helligkeit des Lichtes in der Objektebene so detektieren,
dass die mittlere Helligkeit des Lichtes in der Objektebene verringert
ist, und die Vorrichtung kann automatisch den Anteil der Röntgenstrahlen
erhöhen,
die auf den Empfänger
treffen.
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Entsprechend
dem vorstehend genannten, ist die Qualität des letztendlich dargestellten
Bildes durch den Betrag des Röntgenstrahlenflusses
(Intensität
beeinflusst), der auf den Bildverstärker trifft. Der Betrag des
Lichtes, dem es erlaubt ist, die Optik der elektronischen Videokamera
zu passieren, steuert typischerweise den Betrag des Röntgenflusses.
Ein Bild mit höherer
Qualität
verlangt einen höheren Röntgenstrahlenfluss
und ein höherer
Röntgenstrahlenfluss
kann die Kameraoptik passieren, indem die Irisapertur verkleinert
wird, wodurch die Sensorsättigung
vermieden wird. Eine mit einem Motor gesteuerte Iris steuert sehr
genau den Betrag des Lichts, der die Optik passiert, um sicherzustellen,
dass der minimale Fluss genutzt wird, der im Hinblick auf den Patientenbedarf
notwendig ist. Der Durchmesser der Irisapertur und folglich der
Betrag des Röntgenstrahlenflusses
kann während
einer einzigen Patienten-Bildgebungsprozedur verändert werden. Demzufolge wird
die Lichtintensität
typischerweise automatisch durch das Röntgenbildgebungssystem gesteuert,
in Übereinstimmung
mit Befehlen eines Benutzers, die eingegeben werden, um eine Bildgebungsprozedur
zu beginnen.
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Es
ist bevorzugt, dass die elektronische Videokamera nur Licht nahe
der Objektebene in die Bildebene fokussiert. Die kompakte Natur
der Röntgenvorrichtungen
führt typischerweise
dazu, dass die Objektebene und die Bildebene nahe benachbart zu den
gegenüberliegenden
Enden der Kameraoptik angeordnet sind. Folglich sind die Strukturen
innerhalb der Kameraoptik, wie beispielsweise Glasflächen oder Ähnliches,
die das Licht passiert, benachbart der Objektebene angeordnet. Die
Glassfläche
und andere transparente Struktur nahe der Objektebene können durch
die Kameraoptik auf die Bildebene fokussiert werden, wenn die Irisapertur
verkleinert wird. Diese transparenten Strukturen in oder nahe den
Kameraoptiken können
Fehler, wie beispielsweise Kratzer, Löcher und Ähnliches enthalten, und können fremdes
Material wie Schmutz akkumulieren. Die Fehler und/oder der Schmutz
können
nahe genug an der Objektebene sein, um mindestens teilweise auf die
Bildebene fokussiert zu werden, wenn die Irisapertur geschlossen
wird. Die Kameraoptik kann teilweise die Bilder der Kratzer oder
des Schmutzes ausreichend auf die Bildebene fokussieren, sodass der
Lichtsensor in der Bildebene die Kratzer/den Schmutz als Daten,
die bildgebend dargestellt werden, in den Prozessor leitet. Diese
Projektionen der Kratzer und des Schmutzes erzeugen unerwünschte Artefakte
in der Bildebene, die als unerwünschte
Artefakte in dem darzustellenden Bild erscheinen.
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8 stellt
eine beispielhafte Konfiguration für die Kameraoptik dar, wie
diese entsprechend konventioneller Systeme nach dem Stand der Technik aufgebaut
ist. Die Kameraoptik 75 enthält ein Glas oder eine andere
transparente Schicht 77, die an der Eingangsseite der Kameraoptik
benachbart zur Objektebene 79 angeordnet ist. Das Glas
oder die transparente Schicht 77 repräsentieren jede Art von Struktur,
die Teil einer Kameraoptik 75 sein könnte, sodass in dieser Struktur
die Möglichkeit
besteht, dass seine Oberfläche
die Kratzer oder den Schmutz enthalten können, die teilweise im Fokus
sein können.
Beispielsweise könnte
die Struktur 77 Teil des vorderen Linsensystems 81 sein
oder die Struktur 77 könnte Bleiglas
sein, das zum Zweck der Reduzierung der Röntgenstrahlung hinter die Optik
installiert worden ist, die beispielsweise ansonsten den optischen
Sensor bestrahlen würde.
Der Bildverstärker
leitet die Lichtstrahlen, die für
ein Röntgenbild
repräsentativ sind,
auf die Objektebene 79. Ein vorderes Linsensystem 81 ist
benachbart zu der Glas-Schicht 77 angeordnet, die die Lichtstrahlen 83 und 86 von
der Objektebene 79 durch die optischen Komponenten 87 auf
ein hinteres Linsensystem 89. Das vordere Linsensystem 81 kollimiert
die Lichtstrahlen 84 und 85 von Kratzern/Schmutz
in der Gasschicht 77 auf das hintere Linsensystem 89.
Das vordere Linsensystem 81 kollimiert die Lichtstrahlen 83-86,
während
das hintere Linsensystem 89 die Lichtstrahlen 83-86 wieder
fokussiert. Das vordere und das hintere Linsensystem 81 und 89 arbeiten
so zusammen, dass Lichtstrahlen 83 und 86, die
von der Objektebene ausgehen an dem vorderen Linsensystem 81 in
paral leler Art und Weise kollimiert werden, an dem hinteren Linsensystem 89 auf
die Bildebene 91 fokussiert werden und auf dem hinteren
Linsensystem 89 auf der Bildebene 91 konvergieren.
Wenn die Kratzer und der Schmutz auf der Oberfläche der Glasschicht 77 existieren,
werden die Lichtstrahlen 84 und 85 durch das vordere
Linsensystem 81 und das hintere Linsensystem 89 in
den Punkt 97 fokussiert.
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Eine
einstellbare Iris 93 wird auf der Basis des gewünschten
Röntgenstrahlenflusses
geöffnet und
geschlossen, um den Betrag der Lichtstrahlen zu kontrollieren, die
diese zum hinteren Linsensystem 89 hin durchqueren. Da
die einstellbare Iris 93 die Öffnung reduziert, expandiert
die Gestalt und Größe eines
Fokusbereichs 95 benachbart zur Bildebene 91.
Der Fokusbereich stellt eine Fläche
dar, in der Lichtstrahlen angemessen im Fokus sind, um in der Bildebene
durch den Lichtsensor als ein diskretes Bild detektiert zu werden,
für das
Daten erzeugt und bearbeitet werden (wenn auch möglicherweise als Artefakt).
Die Größe des Fokusbereichs 95 ist
relativ klein, wenn die Iris 93 in einem relativ großen Zustand
offen ist. Wenn in einem verhältnismäßig geschlossenen
Zustand (wie der in 8 dargestellte), bildet die
Iris 93 einen verhältnismäßig großen Fokusbereich 95,
der Lichtstrahlen 84 und 85 enthält, die
von der Oberfläche
der Glasschicht 77 projiziert werden. Folglich, während die
Projektion der Kratzer und des Schmutzes nicht direkt auf die Bildebene 91 fokussiert
werden, ist der Punkt 97, bei dem derartige Kratzer und
derartiger Schmutz fokussiert werden, verhältnismäßig nahe an der Bildebene 91,
um genügend
im Fokus in der Bildebene 91 zu sein, dass ein Artefakt
in den Daten erzeugt werden kann, die von dem Lichtsensor erzeugt
werden. Die teilweise fokussierten Bilder von Kratzern und Schmutz
in der Bildebene 91 werden durch den Sensor detektiert, bearbeitet
und zusammen mit dem Röntgenbild
dargestellt. Die Bildbereiche, die den Kratzern und den Schmutz
zugeordnet sind, erscheinen als Artefakte in dem resultierenden
Röntgenbild.
Folglich kann eine Verringerung und Verkleinerung der Irisapertur
die Tendenz erhöhen,
dass Schmutz und Kratzer nahe der Objektebene sich auf der Bildebene
manifestieren.
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Es
bleibt ein Bedarf nach einem verbesserten Röntgenstrahlen-Bildgebungssystem
und einer elektronischen Videokameravorrichtung, die die vorstehend
diskutierten Nachteile vermeidet, wobei der Röntgenstrahlenfluss erhöht wird,
wenn dies gewünscht
ist, um ein qualitätsmäßig höherwertiges Bild
zu erhalten.
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Die
Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung Vol 1999, Nr. 09,
30 Juli 1999 und die
JP
11103417A offenbaren ein Röntgenstrahlen-Bilddiagnose-System.
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen definiert.
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Gemäß mindestens
einer Ausführungsform ist
ein medizinisches Röntgensystem
geschaffen, das eine Tragstruktur aufweist, welche eine Röntgenquelle
und einen Empfänger
einander gegenüberliegend
und entlang einer Patientenbildgebungsachse ausgerichtet trägt. Die
Röntgenquelle
und der Empfänger
arbeiten zusammen, um durch einen interessierenden Bereich des Patienten
abgeschwächte Röntgenstrahlen
zu gewinnen. Der Empfänger
wandelt Röntgenstrahlen
in Lichtstrahlen, die einen zu untersuchenden Patientenbereich repräsentieren,
so um, dass eine Helligkeit der Lichtstrahlen auf der Basis einer
Intensität
der vom Empfänger
empfangenen Röntgenstrahlen
variiert. Ein Prozessor verarbeitet die Lichtstrahlen, um Röntgenbilder zu
gewinnen und eine Darstellungsvorrichtung stellt die bearbeiteten Röntgenbilder
dar. Ein teilweise lichtundurchlässiges oder
opakes Element ist geschaffen, um einen Teil der Lichtstrahlen zur
Reduzierung einer Helligkeit der Lichtstrahlen zu blockieren. Das
teilweise lichtundurchlässige
Element enthält
Bereiche mit unterschiedlichen Lichtundurchlässigkeiten.
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Eine
Motoranordnung ist zum Bewegen des teilweise lichtundurchlässigen Elementes
geschaffen, um einen Abschwächungsgrad
der Helligkeit der Lichtstrahlen zu variieren. Optional kann eine
Einrichtung geschaffen werden, um das teilweise lichtundurchlässige Element
von einem Zustand größerer Lichtdurchlässigkeit
in einen Zustand geringerer Lichtundurchlässigkeit zu verschieben, um
eine Reduzierung in der Intensität
der von der Röntgenquelle ausgestrahlten
Intensität
zu bewirken bis die mittlere Helligkeit des Lichtes, das auf den
Bildsensor trifft, auf einen angemessenen Pegel erniedrigt ist.
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Alternativ
können
ein Motor und eine Zahnradanordnung zum Drehen des teilweise lichtundurchlässigen Elements
zwischen die erste und die zweite Winkelposition geschaffen werden,
um einen Bereich mit größerer Lichtundurchlässigkeit
des teilweise lichtundurchlässigen
Elements nach den Lichtstrahlen auszurichten. Optional kann eine
Einrichtung zum Bewegen des teilweise lichtundurchlässigen Elements
zwischen eine Anfangsposition, bei der die Lichtstrahlen einen hochtransparenten
Bereich des teilweise lichtundurchlässigen Elements durchqueren,
zu der endgültigen
Position, bei der ein Bereich der Lichtstrahlen durch ein stark
lichtundurchlässigen
Bereich des teilweise lichtundurchlässigen Elements blockiert wird,
geschaffen werden. Optional kann ein bestimmter Bereich des teilweise lichtundurchlässigen Elements
geschaffen werden, der eine konstante Lichtundurchlässigkeit
aufweist. Optional können
Bereiche des teilweise lichtundurchlässigen Elements geschaffen
werden, bei denen die Lichtundurchlässigkeit kontinuierlich variiert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend genauer an Hand von Beispielen in Bezug
auf die Zeichnung beschrieben, in der:
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1 ein
mobiles Röntgen-Bildgebungssystem
darstellt, das gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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2 ein
Röntgen-Bildgebungssystem
darstellt, das gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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3 eine
Seitenansicht einer optischen Kameraanordnung darstellt, die gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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4 eine
Seitenansicht eines Bereiches einer optischen Kameravorrichtung
darstellt, die gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
-
5 eine
Frontansicht eines Bereiches der optischen und mechanischen Kameravorrichtung darstellt,
die gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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6 eine
graphische Darstellung einer optischen Anordnung darstellt, die
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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7 eine
graphische Darstellung eines optischen Filters darstellt, der gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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8 eine
graphische Darstellung einer konventionellen optischen Kameravorrichtung
darstellt;
-
9 eine
graphische Darstellung eines alternativen optischen Filters darstellt,
der gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
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Eine
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 1 dargestellt, worin ein C-Arm-Röntgenstrahlenvorrichtung
gezeigt ist, die allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet
wird. Die Vorrichtung 10 enthält einen C-Arm 12,
der jeweils einen inneren und einen äußeren Umfang 14 und 16 aufweist,
und an gegenüberliegenden
unteren und oberen distal gelegenen Enden 18a und 18b endet.
Der C-Arm 12 hat bevorzugt eine gleichförmige kreisförmige C-Gestalt,
aber kann alternativ jedes Element mit einer Bodengestalt aufweisen.
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Der
C-Arm 12 wird in einer aufgehängten Position mittels eines
Halteelements gehaltert, wie beispielsweise einer Struktur, die
allgemein mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet wird und die
einen Haltearm 22 enthält,
der auf einer Basis 24 mit Rädern montiert ist. Der Haltearm 22 ist
zur drehenden Bewegung des C-Arms 12 um eine Achse mir
lateraler Drehung 30 eingerichtet, entweder mittels einer
Kugellageranordnung zwischen dem Haltearm 22 und dem C-Arm oder
durch den Haltearm 22 selbst, der drehbar bezogen auf die
Basis 24 montiert ist.
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Die
Basis 24 mit Rädern
ermöglicht
den Transport des C-Arms 12 von
einem ersten Ort zu einem zweiten Ort. So arbeiten die Räder der
Basis als Transportelemente, die mit der Haltestruktur 20 zum Transport
des Haltearms 22 und des C-Arms 12 von einem ersten Ort
zu einer zweiten Ort verbunden sind. Es kann bevorzugt sein, die
Röntgenstrahlenvorrichtung
von einem Raum in einen anderen zu bewegen. Die mobile Natur der
Vorrichtung 10, wie diese durch eine Basis 24 mit
Rädern
geschaffen wird, bietet beispielsweise einen besseren Zugang zu
Patienten in vielen verschiedenen Räumen eines Krankenhauses.
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Der
Haltearm 22 ist verschiebbar zu dem äußeren Umfang 16 des
C-Arms 12 montiert und die Haltestruktur 20 enthält eine
Struktur und einen Mechanismus, die notwendig sind, um selektiv
eine gleitende orbitale Bewegung des C-Arms um eine Achse der orbitalen
Drehung 26 zu einer ausgewählten Position zu ermöglichen.
Die Achse 26 fällt
bevorzugt mit einem Zentrum der Krümmung des C-Arms 12 und
mit der Achse der lateralen Rotation 30 zusammen. Es ist
vorteilhaft, dass die gleitende orbitale Bewegung dazu führt, dass
der C-Arm 12 sich durch verschiedene Gleit- oder Rollpunkte
der Befestigung 28 des Haltearms 22 bewegt. Die
Haltestruktur 20 enthält
ferner einen Mechanismus zur lateralen Drehung des Haltearms 22 um
einen wählbaren
Betrag um eine Achse der lateralen Drehung 30 zu einer ausgewählten lateralen
Position. Die Kombination der gleitenden kreisförmige Bewegung und der lateralen
Drehung ermöglicht
die Manipulation des C-Arms in zwei Freiheitsgraden, beispielsweise
um zwei zueinander senkrechten Achsen. Dies schafft eine Art sphärische Qualität für die Beweglichkeit
des C-Arms 12 – die
gleitende kreisförmige
Bewegung und die laterale Drehung ermöglicht es einer Röntgenquelle 32,
die mit dem C-Arm verbunden ist, im Wesentlichen zu jedem Breitengrad/longitudinalen Punkt
auf einer unteren Halbkugel der imaginären Sphäre bewegt zu werden, um die
der C-Arm bewegbar ist.
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Die
Vorrichtung 10 enthält
eine Röntgenquelle 32 und
einen Bildempfänger 34,
die allgemein in der Röntgendiagnostik
bekannt sind, die jeweils an gegenüberliegenden Orten auf dem
C-Arm 12 montiert sind. Die Röntgenquelle 32 und
der Bildempfänger 34 können zusammen
als Röntgenquelle/Bildempfänger 32/34 bezeichnet
werden. Der Bildempfänger 34 kann
ein Bildverstärker
oder Ähnliches sein.
Die kreisförmige
und die lateral drehende Manipulation des C-Arms ermöglicht die
selektive Positionierung des Paares aus Röntgenquelle/Bildempfänger 32/34 bezogen
auf die Breite und die Länge
eines Patienten, der innerhalb des Inneren des freien Raums 36 des
C-Arms 12 angeordnet ist. Die gleitende kreisförmige Bewegung
des C-Arms verwirkt, dass
das Paar aus Röntgenquelle/Bildempfänger 32/34 sich
jeweils entlang eines genauen Bewegungspfades bewegen. Der Bildempfänger 34 ist
bevorzugt an dem inneren Umfang 14 des C-Arms 12 befestigt
und gesichert und die Röntgenquelle 32 kann
ebenfalls an dem inneren Umfang 14 befestigt sein, wobei
die Bedeutung hiervon nachfolgend beschrieben wird.
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Eine
weitere C-Arm-Haltestruktur, wie diese in 2 beispielhaft
erläutert
ist, enthält
einen nach unten gerichteten L-Arm 23, dessen Befestigungspunkt 28 mit
dem C-Arm 12 einen Abstand D weg von der Achse der lateralen
Drehung 30 schafft. Die Bildempfänger 34 auf den C-Armen
sind so montiert und positioniert, dass diese einen rückwärtigen konvexen Bereich 40 des
C-Arms 12 versperren, wie dies durch die Sperrbereiche 42 in 2 gezeigt
ist, wodurch der Haltearm 23 daran gehindert wird, gleitend
an diesem Bereich 12a des C-Arms befestigt zu sein. Um
eine vollständige
horizontale Positionierung des Bildempfängers 34 zu erreichen,
wurde der L-Arm entwickelt, um den Befestigungspunkt 28 an
dem C-Arm unterhalb der Achse der lateralen Drehung 30 zu
befestigen, wodurch es dem C-Arm 12 erlaubt wird, den Bildempfänger 34 zu
mindestens einer horizontalen Orientierung gleitend zu bewegen.
Dies führt
einen exzentrischen lateralen Moment des Arms bei lateraler Drehung
des C-Arms 12 um die Achse 30 ein. Dies verlangt
typischerweise, dass eine laterale Drehung des C-Arms 12 um die Achse 30 elektrisch
angetrieben wird, um das Drehmoment, das vom Ungleichgewicht herrührt, zu überwinden.
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3 stellt
eine bereichsweise Seitenansicht einer Kameraeinrichtung 100 dar,
die innerhalb des Bildempfängers 32 enthalten
ist. die Kameravorrichtung 100 enthält ein Gehäuse 102, das auf einem lateralen
Befestigungsarm 104 montiert ist. Das Gehäuse 102 und
der Befestigungsarm 104 wirken zusammen, um die Kameraoptik 106 sicher
an einem gewünschten
Ort in Bezug auf einen Bildverstärker 108 und
einen Lichtsensor 110 (beispielsweise eine CCD-Kamera)
zu positionieren. Die Kameraoptiken 106 sind zwischen der
Objektebene 112 und einer Bildebene 114 angeordnet.
Der Bildverstärker 108 ist positioniert,
um Lichtstrahlen auf die Objektebene zu richten, wobei derartige
Lichtstrahlen repräsentativ für ein Röntgenbild
sind, das mit dem Empfänger 32 aufgenommen
wurde. Der Lichtsensor 110 ist benachbart zu der Bildebene 114 positioniert
und arbeitet, um die Lichtstrahlen, die auf oder im Wesentlichen
nahe der Bildebene 114 fokussiert sind, in Daten zu konvertieren,
die nachfolgend mittels eines Prozessors 116 bearbeitet
und auf einer Display- oder Darstellungsvorrichtung 118 dargestellt
werden.
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Die
Kameravorrichtung 100 enthält eine Bleiglasabdeckung 122,
die nahe der Objektebene 112 angeordnet ist. Die Glasabdeckung 122 hindert
Röntgenstrahlen
daran, den Lichtsensor 110 zu erreichen, während diese
es Lichtstrahlen erlaubt, diese zu durchqueren. Die Kameraoptik 106 enthält eine
vordere Linsenanordnung und ein optisches Prisma 121 (Pechanprisma),
die benachbart einem gegenüberliegenden
Ende der Kameravorrichtung 100 angeordnet sind. Das Prisma 121 ermöglicht der
vorderen und hinteren Linsenanordnungen 120 und 124 eng beabstandet
zu sein. Die hintere Linsenanordnung 124 ist benachbart
zu der Bildebene 114 angeordnet. Die vordere Linsenanordnung
und das optische Prisma 121 kollimieren die Lichtstrahlen,
die durch die Glasabdeckung 122 treten und schafft eine
kompakte Pfadlänge
für nahezu
kolumnares Licht, um sich fortzupflanzen, während die hintere Linsenanordnung 124 derartig
kollimierte Lichtstrahlen wieder konvergieren lässt. Die vordere und hintere
Linsenanordnung 120 und 124 wirken zusammen, um
die Strahlen von der Objektebene 112 auf die Bildebene 114 zu
fokussieren.
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Die
Kameraoptik 106 enthält
ferner optische Komponenten 126, die verwendet werden können, um
eine Vielzahl von Operationen zu beeinflussen. Eine Iris 128 wird
geschaffen, die eine Öffnung
durch diese aufweist, die im Durchmesser einstellbar ist, um eine
Helligkeit des durch diese hindurch tretenden Lichts zu steuern.
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Die
vordere Linsenanordnung 120 kann auf vielfältige Art
und Weise gebildet werden. Beispielsweise kann die vordere Linsenanordnung 120 einen Komplex
von konvexen Linsen 130 aufweisen, die eine vordere und
eine rückwärtige Position
haben. Die hintere Linsenanordnung 124 kann ebenfalls eine
Vielfalt von Linsenkonfigurationen enthalten. Nur als Bei spiel anzusehen,
kann die hintere Linsenanordnung 124 die ersten fünf Linsen 132, 134, 136, 138 und 140 enthalten,
die benachbart zueinander mit verschiedenen Kombinationen der konvexen
und konkaven Flächen
angeordnet sind. Eine hintere Struktur 142 isoliert das
hintere Ende der Kameravorrichtung 100, um die Kameraoptik 106 von
der Umgebung zu schützen,
während
diese erlaubt, dass die Lichtstrahlen hindurch treten.
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Die
Kameraoptik 106 enthält
ferner ein Filterelement 144, das mit einem Bereich des
Filterelements 144 deren Öffnung sich zwischen der vorderen und
der hinteren Linsenanordnung 120 und 124 erstreckt.
Das Filterelement 144 ist teilweise lichtundurchlässig, um
die Lichtstrahlen, die von der vorderen Linsenanordnung 120 durch
die hintere Linsenanordnung 124 treten, abzuschwächen. Das
Filterelement 144 hat verschiedene Grade der Lichtundurchlässigkeit
an unterschiedlichen Positionen des Filterelements 144.
Das Filterelement 144 wird an verschiedene Positionen bewegt,
während
mindestens eine Position des Filterelements 144 zwischen
der vorderen und der hinteren Linsenanordnung 120 und 124 bleibt,
um die gewünschten
Bereiche unterschiedlicher Lichtundurchlässigkeit entlang einer Sichtlinie 146,
die sich zwischen der vorderen und der hinteren Linsenanordnung 120 und 124 erstreckt, auszurichten.
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4 stellt
das Filterelement 144 genauer dar. Ein Befestigungsarm 148 montiert
das Filterelement 144 mit dem Befestigungsarm 104 und
der Kameravorrichtung 100. Der Befestigungsarm 148 enthält einen
drehbaren Haltestab 150, der das Filterelement 144 an
einem Ende hiervon sichert. Ein gegenüberliegendes Ende des Haltepins 150 ist
an einer Zahnradanordnung 154 angeordnet, die von einem
Motor 156 angetrieben wird. Der Motor 156 wird durch
einen Prozessor 116 (oder einen separaten und speziellen
nicht gezeigten Steuerprozessor) gesteuert. Der Motor dreht das
Filterelement 144 mittels der Zahnradanordnung 154,
um einen Bereich 158 des Filterelements 144 zwischen
der Objekt- und der Bildebene 112 und 114 zu positionieren.
Der so ausgerichtete Teil wird als der aktive Teil bezeichnet. 5 stellt
eine Vorderansicht der Zahnradanordnung 154 genauer dar.
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6 stellt
graphisch eine Ausführungsform einer
Kameraoptik 159 dar. Eine Objektebene 160 und
eine Bildebene 174 sind an gegenüberliegenden Seiten der Kameraoptik 159 angeordnet.
Eine Bleiglasabdeckung 162 ist benachbart zu einer vorderen Linsenanordnung 120 angeordnet,
die wiederum benachbart zu den Optikkomponenten 166 und
der Iris 168 angeordnet ist. Ein Lichtabschwächer 170 wird zwischen
der vorderen Linsenanordnung 164 und der hinteren Linsenanordnung 172 angeordnet.
Optional kann die Iris 168 entfernt werden und/oder die Optikkomponenten 166 können entfernt
werden. Die Optikkomponenten 166, die Iris 168 und
der Lichtabschwächer 170 können anders
angeordnet werden. Die Lichtstrahlen von einem Objekt in der Objektebene 160 werden
mittels der vorderen Linsenanordnung 164 kollimiert und
konvergieren mittels der hinteren Linsenanordnung 172 wieder,
sodass diese auf die Bildebene 174 fokussiert werden. Die
Lichtstrahlen 182 und 183 von einem Kratzer 184 auf
der Glasabdeckung 162 werden kollimiert und konvergieren wieder
mittels der vorderen und hinteren Linsenanordnung 164 und 172,
um in einen Punkt 176 fokussiert zu werden. Der Punkt 176 bei
dem der Kratzer 184 fokussiert wird, liegt außerhalb
des Fokusbereichs 178, der die Objektebene 174 umgibt.
Der Fokusbereich 178 wird klein genug gehalten, um den Fokuspunkt 178 auszuschließen, indem
der Durchmesser der Apertur durch die Iris 168 relativ
groß gehalten
wird. Folglich wird der Kratzer nicht entsprechend in den Fokus
in der Bildebene 174 gebracht, um weder als ein Artefakt
durch den Lichtsensor detektiert zu werden, noch als ein Artefakt
auf dem Röntgenbild
dargestellt zu werden.
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Wie
aus einem Vergleich der 6 und 8 ersichtlich
ist, ist für
Röntgenstrahlenschüsse mit
hoher Intensität
der Durchmesser 186 der Öffnung durch die Iris 168 im
Wesentlichen größer als der
Durchmesser 94 der Öffnung
durch die Iris 93, wie dieser in der konventionellen Kameraoptik 75 verwendet
wird. Der Durchmesser 186 der Öffnung durch die Iris 168 kann über einen
weiten Bereich der Intensität
der Röntgenstrahlen
konstant bleiben. Da der Lichtabschwächer 170 einstellbar
ist, um den Grad bis zu dem das Licht abgeschwächt wird zu vergrößern, wird
das System automatisch durch ein Ansteigen der Röntgenstrahlenintensität durch
Rückkopplung
antworten, die durch Beobachten des mittleren Betrags der Lichtintensität an dem
in der Bildebene 174 angeordneten Lichtsensor erhalten
wird. Ähnlich,
da der Lichtsensor 170 eingestellt wird, um den Grad bis
zu dem das Licht abgeschwächt
wird zu verringern, wird die Röntgenstrahlenintensität verringert.
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7 stellt
eine neutrale Dichte-Scheibe 188 dar, die gemäß einer
Ausführungsform
als Lichtabschwächer 170 verwendet
werden kann. Die neutrale Dichte-Scheibe 188 ist kreisförmig und
ist positioniert, um um eine Filterachse zu drehen, die parallel
zur sich durch die Kameraoptik 159 erstreckenden Bildgebungsachse
liegt. Die Filterachse ist von der Bildgebungsachse durch einen
Abstand auf der Basis des Radius der neutralen Dichte-Scheibe 188 beabstandet.
Beispielsweise kann die Filterachse etwas außerhalb der Ansicht der Kameraoptik 159 so beabstandet
sein, dass ein Abschnitt der neutralen Dichte-Scheibe 188 sich
durch die aktive Bildfläche zwischen
der vorderen und der hinteren Linsenanordnung 164 und 172 erstreckt
und diese abdeckt.
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Die
neutrale Dichte-Scheibe 188 kann aus einem durchsichtigen
Material sein, wie Glas oder Ähnliches,
das mit einem opaken oder lichtundurchlässigen Material beschichtet
ist. Die neutrale Dichtescheibe 188 kann mit anwachsender
Dicke der Beschichtung des lichtundurchlässigen Materials beschichtet
sein, um den Grad der Lichtundurchlässigkeit zu variieren. In dem
Beispiel in 7 wird die lichtundurchlässige Beschichtung
dicker (und folglich steigt der Grad der Abschwächung), indem diese sich im
Uhrzeigersinn auf der neutralen Dichte-Scheibe 188 verändert. Alternativ
kann die Dichtescheibe 188 schrittweise in gleichmäßigen Abschnitten
beschichtet sein, um nicht überlappende
diskrete Bereiche von gleicher Lichtundurchlässigkeit zu erhalten. Alternativ
kann die Dichtescheibe 188 mosaikartig aus einzelnen Stücken gebildet
werden, die miteinander gesichert verbunden sind. Jedes Mosaikstück kann eine
gleichmäßige Beschichtung
auf diesem aufweisen.
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In 7 verdeutlichen
die radialen Linien 190 und 198 graphisch die
Lichtundurchlässigkeit. Folglich
weist der Bereich 192 ohne radiale Linien keine Beschichtung
auf, oder die Beschichtung ist sehr dünn, sodass die Dichtescheibe 188 im
Wesentlichen durchlässig
oder transparent für
Licht ist. Bei anwachsenden, größeren Winkeln
entlang des kreisförmigen
Bogens 196, ausgehend von der Markierung 194,
ist das lichtundurchlässige
Material dicker aufgetragen. Zum Beispiel sind die radialen Linien 198 des
Bereichs 200 relativ weit beabstandet, verglichen mit den
radialen Linien 190 im Bereich 202. Dies verdeutlicht,
dass die neutrale Dichte-Scheibe 188 in dem Bereich lichtundurchlässiger ist
als in dem Bereich 200. Ähnliches gilt für den Bereich 200, der
lichtundurchlässiger
ist als der Bereich 192.
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Die
Dicke des lichtundurchlässigen
Materials kann kontinuierlich oder stufenlos variiert werden oder
in sehr kleinen schrittweisen Abschnitten verändert werden, um eine feine
Auflösung
zu erzielen. Die Verwendung der feinen Auflösung ermöglicht es, dass die Intensität der Röntgenstrahlen
auf ähnliche Art
und Weise in kleinen Schritten verändert wird, um eine lückenlose
Steuerung des Betrags der Röntgenstrahlen
zu erreichen, mit denen ein Patient bestrahlt wird. Beispielsweise
kann die neutrale Dichte-Scheibe 188 durch einen kleinen
Betrag gedreht werden, um die Abschwächung um einen kleinen Betrag
anzupassen oder einzustellen. Sobald die Dichte-Scheibe 188 gedreht
ist, stellt das System die Intensität der Röntgenstrahlen auf der Basis
der neuen Position der Scheibe 188 ein.
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Ein
Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer, ist auf einer der
Scheiben 188, der Zahnradanordnung 154 und dem
Motors 156 bereitgestellt. Der Sensor kann die Position
der Achse der Scheibe 188 erfassen. Der Sensor ermöglicht eine
genaue Kontrolle der Position der Scheibe 188. Der Prozessor
erfasst die Achsenposition und fährt
den Motor 156 solange bis die Scheibe 188 ordnungsgemäß ausgerichtet
ist.
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Optional
können
viele Lichtabschwächer
verwendet werden. Lediglich als Beispiel zu verstehen, stellt 9 einen
zweiten Lichtabschwächer 171 dar, der
benachbart zu und parallel ausgerichtet mit dem Lichtabschwächer 170 ist.
Die Drehachsen 167 und 169 der Lichtabschwächer 170 und 171 können jeweils
direkt nacheinander auf einer Linie angeordnet sein, um sich um
eine gemeinsame Achse zu drehen, wie beispielsweise die Achse 167.
Optional kann ein einziger Motor beide, den Lichtabschwächer 170 und den
Lichtabschwächer 171 antrieben.
Alternativ können
verschiedene Motoren die Lichtabschwächer 170 und 171 antreiben.
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Die
Lichtabschwächer 170 und 171 sind
mit einem lichtundurchlässigen
Material beschichtet, dessen Dicken in entgegengesetzter Richtung
voneinander variiert. Folglich, wenn die Lichtabschwächer 170 und 171 in
der Bildfläche
zwischen der vorderen und der hinteren Linsenanordnung 164 und 172 miteinander überlappen,
ist die Lichtundurchlässigkeit
im Wesentlichen gleich verteilt über
die Bildfläche,
auch wenn die Lichtundurchlässigkeit
kontinuierlich auf jedem einzelnen der Lichtabschwächer 170 und 171 variiert.
An Hand eines Beispiels, kann in der Bildfläche die Abschwächung, die
durch den Lichtabschwächer 170 verursachte
ist, anwachsen, während
diese im Uhrzeigersinn um den Lichtabschwächer 170 bewegt wird,
wobei die Abschwächung,
die durch den Lichtabschwächer 171 verursacht
ist, anwachsen kann, während
diese sich entgegen dem Uhrzeigersinn um den Lichtabschwächer 171 bewegt.
Die zusammengesetzte Abschwächung, die
durch beide Lichtabschwächer 170 und 171 verursacht
oder erzeugt wird, ist relativ gleichmäßig über die Betrachtungsfläche oder
Bildfläche
verteilt.
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Die
neutrale Dichte-Scheibe 188 wurde als kreisförmig beschrieben
mit kontinuierlichen oder gestuften Abschnitten von auf dieser aufgetragenem lichtundurchlässigem Material.
Es können
jedoch ebenso andere Gestalten oder Formen verwendet werden. Das
lichtundurchlässige
Material muss keine Beschichtung sein. Das lichtundurchlässige Material muss
nicht als Abschnitt geformt sein. Beispielsweise kann der Licht abschwächer 170 rechteckig,
orthogonal, quadratisch, dreiecksförmig, in Form eines Pentagons
oder ähnliches
sein. Der Lichtabschwächer muss
nicht in zwei oder mehr Bereiche von unterschiedlicher Lichtundurchlässigkeit
aufgeteilt sein. Wenn er rechteckförmig ist, kann der Lichtabschwächer 170 mit
lichtundurchlässigen
Bereichen gebildet werden, die als Streifen geformt sind, die sich
von der Spitze bis zum Boden des Lichtabschwächers 170 erstrecken.
Wenn dieser derart strukturiert ist, würde der Lichtabschwächer 170 lateral
in einer Richtung gleiten, die quer zu der Bildgebungsachse verläuft, um
einen Bereich von gewünschter
Lichtundurchlässigkeit
zur Ausrichtung mit der vorderen und hinteren Linsenanordnung 164 und 172 zu
bewegen.