DE69018155T2 - Apparat und Verfahren für Röntgenaufnahmen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Röntgenaufnehme. Sie findet insbesondere Anwendung in Verbindung mit Schaltmodus- oder Inverterröntgenstrahlgeneratoren und wird mit speziellem Bezug hierauf beschrieben. Jedoch ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung auch Anwendbarkeit in anderen Röntgenaufnahmesystemen findet.
• Ein Schattenaufnahmeröntgensystem umfaßt eine Röntgenstrahlerzeugungsröhre, die Strahlung durch eine Patientenaufnahmeregion auf eine Röntgenstrahlfilmfolie oder ein anderes Strahlungsdetektormedium richtet. Die Röntgenstrahlröhre (kurz Röntgenröhre) umfaßt eine Spannungsversorgung, die über Anode und Kathode der Röntgenröhre eine Spannung in Kilovolt (kV) legt und einen Heizfadenstrom zuführt. Der Röhrenanodenstrom (mA) wird durch den Heizfadenstrom gesteuert. Sowohl die Röhrenspannung oder kV-Zahl als auch der Anodenstrom oder die mA-Zahl sind selektiv einstellbar. Ein Zeitgeber steuert die selektive Dauer jeder Exposition bzw. Aufnahmedauer, die normalerweise in Sekunden (s) gemessen wird.
• Der Kontrast des Röntgenfilmbildes wird primär durch den kV-Scheitelwert oder -peak bestimmt. Die Dichte oder Schwärzung des belichteten Films wird durch die Röntgenstrahldosis oder Exposition bestimmt, die gemeinhin durch das Produkt des Anodenstroms mA und der Zeitdauern vorgegeben wird. Dieses Produkt wird gemeinhin als der mAs-Wert bezeichnet. Im Einsatz des Geräts legt die Bedienungsperson den kV-Wert derart fest, daß das resultierende Bild einen ausgewählten Kontrast aufweist. In einem vollständig manuellen Betrieb stellt die Bedienungsperson gemeinhin entweder einen mAs- Wert oder den Anodenstrom und die Expositionszeit ein, um den Film auf eine gewünschte Filmdichte zu belichten. Theoretisch sollte die resultierende Filmdichte für einen gegebenen kV-Wert unabhängig davon, ob eine längere Expositionszeit und ein niedrigerer Anodenstrom oder eine kürzere Expositionszeit und ein höherer Anodenstrom ausgewählt sind, für einen selektierten mAs-Wert gleich sein.
• Bei einer konventionellen Dreiphasen-Röntgenaufnahmeausrüstung und speziell bei solchen Ausrüstungen, die eine Zwölfpulsgleichrichtung der Ausgangsspannung aufweisen, variiert die Filmdichte wenn überhaupt mit der Exposition mA für den selektierten mAs-Wert sehr wenig. Jedoch ist bei einer Röntgenaufnhhmeausrüstung mit weniger als einer Zwölfpulsgleichrichtung oder -rektifikation, einschließlich solchen mit konventionellen Dreiphasen-Sechspuls-Ausrüstungen, konventionellen Einzelphasen-Zweipuls-Ausrüstungen und Schaltmodus- oder Invertergeneratoren, die Filmdichte oder die Röntgenstrahldosis typischerweise über den Bereich von Zeiten und Anodenströmen nicht gleichförmig. Expositionen kürzerer Dauer und höheren Stromes neigen dazu, eine niedrigere Gesamtdosis nach sich zu ziehen und damit eine geringere Filmdichte relativ zu Bildern, die mit einem niedrigeren Anodenstrom und folglich einer längeren Expositionsdauer aufgenommen werden.
• Es ist anzumerken, daß ein Grund für die reduzierte Dosis bei höheren Anodenströmen in Röntgenaufnahmeausrüstungen mit weniger als Zwölfpulsgleichrichtung darin besteht, daß die kV-Welligkeit (auch Kräusel oder Wechselspannungsrest bzw. Rippel) generell mit höheren Röhrenströmen für eine solche Ausrüstung zunimmt. Während der korrekte kV- Scheitelwert und damit der korrekte Bildkontrast sowohl bei niedrigem als auch hohem Anodenstrom erzielt wird, wird die Dichte der Bilder desselben mAs-Werts bei höheren Anodenstromeinstellungen teilweise infolge der höheren kV- Welligkeit geringer sein.
• Beim automatischen Aufnahmemodus legt die Bedienungsperson typischerweise den gewünschten Kontrast oder kV-Wert fest und selektiert den Röhrenstrom. Die Steuerschaltung integriert dann die tatsächlich von einem Abschnitt des Films aufgenommene Strahlendosis. Wenn die der gewünschten Filmdichte entsprechende Strahlendosis erreicht wird, beendet die automatische Aufnahmesteuerung die Aufnahme bzw. Exposition. Obgleich die automatische Aufnahmetechnik Bilder selektierter Dichte erzeugt, ist bei höheren Röhrenströmen die Expositionszeit oder Aufnahmezeit länger als vorhergesagt.
• Die US-A-4819258 offenbart einen Röntgenapparat, in dem ein elektronisches Netzwerk automatisch den kV-Wert für die Leistung der Röntgenröhre unter Verwendung eines Transformators mit separaten Sekundärwicklungen festlegt, die selektiv in eine Serienschaltung über durch eine Binärsequenz gesteuerte Relais in Abhängigkeit von einem bedienungspersonselektierten kV-Steuersignal in einem System einbeziehbar sind, in dem die Bedienungsperson die mAs- Einstellung auswählt und die anderen technischen Faktoren (außer kV) automatisch selektiert werden.
• Die US-A-4831642 offenbart ein MAS-Regelsystem für einen hochfrequenten medizinischen Röntgengenerator, welches ein Steuersignal erzeugt, das die Exposition stoppt, wenn die Milliampère-Sekunden, die von der Röntgenröhre geliefert werden, gleich oder größer als ein maximaler von der Bedienungsperson festgelegter Betrag sind. Das System umfaßt eine Konverterschaltung zum Umsetzen eines Signals entsprechend dem gewünschten mAs-Wert, der von der Bedienungsperson festgelegt wurde, in ein erstes digitales Signal mit einem vorbestimmten Format. Eine digitale Integrator- Schaltung integriert den aktuellen MA-Strom in der Röntgenröhre und setzt diesen auf ein digitales MAS-Signal entsprechend dem aktuellen MAS-Wert des Stroms in den Röntgenröhre um sowie auf dasselbe vorbestimmte Format wie das erste digitäle Signal. Eine Vergleichsschaltung vergleicht das erste und zweite digitale Signal und erzeugt ein Steuersignal zum Anhalten der Aufnahme bzw. Exposition, wenn das zweite digitale Signal größer als das erste digitale Signal wird.
• Gemäß der Erfindung ist ein Röntgenaufnahmegerät oder -apparat vorgesehen, aufweisend eine Röntgenröhre zur selektiven Erzeugung eines Strahlungsbündels oder auch kurz Strahlsund dessen Richtung durch einen Objektaufnahmebereich, um dann auf ein Röntgenstrahldetektormedium aufzutreffen, eine Eingabeeinrichtung für eine Bedienungsperson zur Selektion eines Werts für die Röntgenröhrenspannung und von Werten zumindest zweier Betriebsparameter der Röntgenröhre, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die einen Anodenstrom, eine Expositionszeit bzw. Aufnahmezeit und eine Röntgenstrahldosis umfaßt, wobei die Bedienungspersoneingabeeinrichtung betriebswirksam mit einer Steuerschaltung verbunden ist, um die Steuerschaltung zum Betreiben der Röntgenröhre gemäß den selektierten Werten der Röhrenspannung und der Betriebsparameter zu veranlassen, gekennzeichnet durch eine Korrektureinrichtung zur Korrektur und Anhebung (zum Boosten) des selektierten Werts eines dieser Betriebsparameter um einen vorbestimmten Betrag abhängig von der Spannungswelligkeit.
• Ferner ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Röntgenaufnahmeerzeugung von Bildern vorgesehen, welches Verfahren die Schritte umfaßt: Selektieren eines Werts der Röntgenröhrenspannung und von Werten zumindest zweier Betriebsparameter der Röntgenröhre, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einem Anodenstrom, einer Expositionszeit oder Aufnahmezeit und einer Röntgenstrahldosis besteht, Veranlassen der Röntgenröhre, gemäß den selektierten Werten der Röhrenspannung und Betriebsparameter zu arbeiten, und Richten von Röntgenstrahlen, die von der Röntgenröhre ausgesendet werden, durch einen Objektaufnahmebereich in den Kontakt mit einem Röntgenstrahlendetektormedium, gekennzeichnet durch das Vorsehen eines Korrekturwerts zum Korrigieren und Anheben oder Boosten des selektierten Werts eines der Betriebsparameter um einen vorbestimmten Betrag abhängig von der Spannungswelligkeit.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie diagnostische Bildverschlechterungen, die auf die kV-Welligkeit und andere Faktoren zurückgehen, korrigiert.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie eine Dosisübereinstimmung zwischen Röntgenausrüstungen mit Einzelphasen- und Dreiphasen-Spannungsversorgungen schafft.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie die Filmdichte- oder Schwärzungsübereinstimmung verbessert.
• Ein Gerät und Verfahren zur Röntgenaufnahme gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhalber unter Bezugnahme auf die oeiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen:
• FIG. 1 eine schematische Darstellung des Geräts ist und
• FIG. 2 ein Graph ist, der eine Wirkung des Betriebs vom Gerät verdeutlicht.
• Gemäß FIG. 1 sendet im Gerät eine Röntgenröhre A selektiv ein Strahlungsmuster oder eine Strahlungsprobe 10 durch einen Objektaufnahmebereich 12 auf eine Röntgenstrahlendetektoreinrichtung B. Vorzugsweise ist die Röntgenstrahlendetektoreinrichtung ein röntgenstrahldurchlässiger und lichtundurchlässiger Filmbehälter, in dem Folien oder Lagen eines röntgenstrahlsensitiven Films selektiv eingebracht sind. Eine Röntgenröhrensteuerschaltung C steuert die Betriebsspannung oder kV-Zahl über Anode und Kathode, einen Anodenstrom oder die mA-Zahl und eine Betätigungsdauer der Röntgenröhre A. Ein Anodenstrom oder eine mA-Zahl wird mittels der Einstellung des Heizstromes reguliert.
• Die Röntgenröhrensteuerung C umfaßt ein Pult oder eine Bedienungstafel 20, die eine Spannungsselektionseinrichtung 22 zur Selektion der Röhrenspannung oder kV-Zahl, eine Stromselektionseinrichtung 24 zur Selektion des Anodenbetriebsstromes oder der mA-Zahl und eine Dosisselektionseinrichtung 26 zur Selektion der Dosis oder des mAs-Werts umfaßt. Da der mAs-Wert das Produkt des Anodenstromes und der Expositionsdauer ist, kann die bedienungsperson beliebige zwei Größen des Anodenstroms, des mAs-Werts und der Expositionsdauer selektieren. im häufigsten Fall selektiert die Bedienungsperson den Anodenstrom und den mAs-Wert.
• Eine Hochspannungs-Generatoreinrichtung 30 erzeugt die selektierte Röhrenspannung und legt die kV über die Kathode und Anode der Röntgenröhre A. Typischerweise fühlt eine kV-Abfühleinrichtung die tatsächliche Spannung ab, die über die Röhre angelegt ist, und sendet ein entsprechendes kV-Rückkopplungssignal zurück. Eine kV-Fehlerdetektoreinrichtung wie ein Summierknoten 32 vergleicht den selektierten und tatsächlichen Spannungswert und überträgt ein Fehlereinstellsignal zum Hochspannungsgenerator 30.
• Analog steuert eine Stromzufuhr 40 den Heizstrom. Eine den tatsächlichen Strom abfühlende Einrichtung erzeugt ein mA-Rückkopplungssignal, das den tatsächlichen Anodenstrom anzeigt. Eine Vergleichseinrichtung wie ein mA-Signalsummierknoten 42 vergleicht den tatsächlichen Strom mit dem selektierten Strom und erzeugt ein entsprechendes mA-Fehlersignal. Das mA-Fehlersignal sorgt für die Einstellung der Heizstromversorgung 40 zu größeren oder niedrigeren Werten, bis der selektierte und tatsächliche Röhrenstrom in Übereinstimmung gebracht sind.
• Bezüglich FIG. 2 sollte die Dosis oder Exposition theoretisch für einen gegebenen mAs-Wert konstant sein. Dies bedeutet, eine Dosis von 50 mA und 1,0 s sollte den Film auf dieselbe Dichte wie die Dosis von 500 mA bei 0,1 s belichten. Jedoch variiert die Filmdichte oder Dosis mit dem Röhrenstrom selbst für eine selektierte kV- und mAs-Einstellung. Je größer die Welligkeit bzw. der Restwechselspannungsanteil ist, um so größer ist die Variation der Dosis mit dem Heizfadenstrom oder kurz Heizstrom. Im in FIG. 2 gezeigten Beispiel sind die tatsächliche Dosis oder die resultierende Filmdichte, d.h. die Filmschwärzung 50, niedriger als ein theoretischer Wert oder der Wert, der aktuell bei einer Dreiphasen-Zwölfpuls-Technik für die Dosis oder Filmdichte (Filmschwärzung) 52 auftritt. Mit einer signifikanten Welligkeit und einem höheren mA-Wert fällt die aktuelle Dosis oder die Filmdichte 5D unter den Wert für die Dosis 52 mit Zwölfpulsspannungsversorgung. Jedoch bleibt der Kontrast gleich, da er durch den kV-Scheitelwert bestimmt ist. Falls die Welligkeit zunimmt, wird die Neigung der Kurve 50 größer, und falls die Welligkeit abnimmt, nähert sich die Kurve 50 der Kurve 52. Im in FIG. 2 gezeigten Beispiel beträgt die Expositionsdosis für einen 100-mA-Anodenstrom etwa 5% weniger als die Dosis für einen 20-mA-Anodenstrom, wobei die kV- und mAs-Werte konstantgehalten werden. Gleichermaßen fällt bei jedem höheren Anodenstrom die Filmdichte (Filmschwärze) ab.
• Wiederum bezugnehmend auf FIG. 1 geht aus dieser hervor, daß eine Dosis- oder Filmdichtekorrektureinrichtung 60 den selektierten mA-Wert mit dem Betrag, der erforderlich ist, zu korrigieren bzw. anzuheben, um hierdurch die selektierte mA-Kurve 50 für den selektierten BetriebsmA-Wert bis zu dem Pegel oder Niveau der Dreiphasen-Zwölfpuls-Spannungsversorgungskurve 52 zu verschieben. Um die 100 mA bis zum Expositionsdosispegel der mA-Kurve 52 zu verschieben, ist eine 5%-Anliebung des Röhrenstroms erforderlich. Gleichermaßen erfordert ein Verschieben der 200 mA auf Kurve 52 eine Anhebung des Röhrenstroms um etwa 10%. Ein Verschieben von 500 mA auf Kurve 52 erfordert etwa eine 20%ige Anhebung des selektierten mA-Werts. Der exakte Betrag, um den der Anodenstrom verstärkt wird, ändert sich mit der tatsächlichen Hardware einschließlich des Welligkeitsbetrages, des selektierten mAs-Werts, des selektierten kV-Werts und anderer Betriebsparameter. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dosis- oder Filmdichte (Schwärzungs) -Korrektureinrichtung 60 in einer Nachschlagetabelle ausgeführt, die gemäß der tatsächlichen Hardware, in der sie installiert ist, vorprogrammiert ist. Die Nachschlagetabelle wird durch den selektierten mA-Wert, den selektierten mAs- Wert, den selektierten kV-Wert und dergleichen adressiert. Die Nachschlagetabelle ruft dann eine geeignete Anodenstromanhebung, die zuvor durch eine empirisch-praktische Methode, eine empirisch-praktische Methode und Extrapolation oder dergleichen ermittelt wurde, ab und stellt diesen Wert bereit. Der Anodenstromanhebungswert oder -boost wird zum selektierten Anodenstrom bei einem Summierknotenpunkt 42 addiert.
• Wahlweise kann eine andere Dosis- oder Dichtekorrektureinrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann eine Rückkopplungsverstärkerschaltung vorgesehen werden, die den selektierten Anodenstrom um einen einstellbaren Prozentsatz oder einen einstellbaren Prozentsatz plus einem Offset verstärkt. Die Verstärker können geeignet vorgespannt sein oder es kann ihre Verstärkung entsprechend dem selektierten mAs- Wert, kV-Wert und anderen oben diskutierten Werten derart selektiert werden, daß der selektierte Anodenstrom korrigiert oder eingestellt wird, um die Filmdichte (Filmschwärzung) auf einen vorselektierten Übereinstimmungsgrad mit der Filmdichte (Filmschwärzung) gebracht wird, die bei einem Dreiphasen-Zwölfpuls-Röntgenstrahlgenerator erzielt worden wäre.
• Die Zeitgabeeinrichtung 70 öffnet eine Schalteinrichtung 72 am Ende einer selektierten Expositionsdauer, wodurch durch die Schalteinrichtung die Spannungsversorgungseinrichtung 32 die Spannungs- bzw. Leistungszufuhr zur Röntgenröhre beendet. Die Zeitgabeeinrichtung 70 kann durch die Bedienungsperson direkt eingestellt werden oder kann durch Division des selektierten mAs-Werts durch den selektierten mA-Wert ermittelt bzw. eingestellt werden.
• Die Exposition kann auch auf einer mAs-Basis unter Verwendung einer Integrationseinrichtung 80 bewerkstelligt werden, die den tatsächlichen Röhrenstrom integriert. Der Ausgang des Integrators oder Summierers ist der tatsächliche Mas-Wert seit Beginn der Exposition bzw. Aufnahme. Eine mAs-Vergleichseinrichtung 82 vergleicht den integrierten mAs-Wert mit dem selektierten mAs-Wert und öffnet den Schalter 72, wenn der selektierte mAs-Wert erzielt worden ist.

Claims (11)

1. Röntgenaufnahmegerät, aufweisend eine Röntgenröhre (A) zur selektiven Erzeugung eines Strahlungsbündels und dessen Richtung durch einen Objektaufnahmebereich (12), um dann auf ein Röntgenstrahlendetektormedium (B) aufzutreffen, eine Eingabeeinrichtung (20) für eine Bedienungsperson zur Selektion eines Röntgenröhrenspannungswerts und von Werten zumindest zweier Betriebsparameter der Röntgenröhre (A) die aus der aus einem Anodenstrom (mA), einer Expositionszeit (s) und einer Röntgenstrahldosis (mAs) bestehenden Gruppe ausgewählt sind, wobei die Bedienungspersoneingabeeinrichtung betriebswirksam mit einer Steuerschaltung (C) verbunden ist, um die Steuerschaltung (C) zum Betreiben der Röntgenröhre gemäß den selektierten Werten der Röhrenspannung und der Betriebsparameter zu veranlassen, gekennzeichnet durch eine Korrektureinrichtung (60) zur Anhebung des selektierten Werts von einem der Betriebsparameter um einen vorbestimmten Betrag abhängig von der Spannungswelligkeit.

2. Gerät nach Anspruch 1, in welchem die Steuerschaltung (C) eine Hochspannungsgeneratoreinrichtung (30) aufweist, die der Röntgenröhre (A) die selektierte Röntgenröhrenspannung (kV) zuführt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, in welchem diese beiden Betriebsparameter der Anodenstrom und die Röntgenstrahldosis sind und die Korrektureinrichtung (60) eine Nachschlagetabelleneinrichtung umfaßt, die durch die selektierten Strom- und Dosiswerte adressiert wird und die hierzu entsprechend einen Stromkorrekturwert bereitstellt.

4. Gerät nach Anspruch 2, in welchem diese beiden Betriebsparameter der Anodenstrom und die Röntgenstrahldosis sind und die Korrektureinrichtung (60) eine Nachschlagetabelleneinrichtung umfaßt, die mit zuvor ermittelten Stromkorrekturwerten vorprogrammiert ist, und in welchem die Nachschlagetabelleneinrichtung betriebswirksam mit der Bedienungspersoneinrichtung zum Empfang des selektierten Stroms, der Dosis und der Röhrenspannung verbunden ist und so wirkt, daß sie aus den zuvor ermittelten Korrekturwerten einen Stromkorrekturwert entsprechend der selektierten Röhrenspannung und den selektierten Werten für den Anodenstrom und die Dosis bereitstellt.

5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, ferner aufweisend eine Summiereinrichtung (42) zum Summieren des Stromkorrekturwerts von der Nachschlagetabelle zum selektierten Strom.

6. Gerät nach Anspruch 5, ferner aufweisend eine Stromrückkopplungseinrichtung zur Rückkopplung eines Rückkopplungssignals, das ein negatives des tatsächlichen in der Röntgenröhre erzeugten Stromes ist, zurück zur Summiereinrichtung derart, daß die Summiereinrichtung ein Stromfehlersignal erzeugt und eine Stromversorgung, die das Stromfehlersignal empfängt und den Anodenstrom derart steuert, daß das Stromfehlersignal minimiert wird.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, ferner aufweisend eine durch die selektierte Dosis gesteuerte Zeitgebereinrichtung zur Veranlassung der Steuereinrichtung, die Stromzufuhr in die Röntgenröhre nach einer der selektierten Dosis entsprechenden Zeit zu beenden.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem das Strahlendetektormedium eine fotographische Filmlage umfaßt.

9. Verfahren zur Röntgenaufnahmeerzeugung von Bildern, welches Verfahren die Schritte umfaßt: Selektieren eines Werts der Röntgenröhrenspannung und von Werten zumindest zweier Betriebsparameter der Röntgenröhre (A), die aus der aus einem Anodenstrom (mA), einer Expositionszeit (s) und einer Röntgenstrahldosis (mAs) bestehenden Gruppe ausgewählt sind, Veranlassen der Röntgenröhre, entsprechend den selektierten Werten der Röhrenspannung und der Betriebsparameter zu arbeiten, und Richten von aus der Röntgenröhre (A) emittierten Röntgenstrahlen durch einen Objektaufnahmebereich (12) in den Kontakt mit einem Röntgenstrahlendetektormedium (B), gekennzeichnet durch Vorsehen eines Korrekturwerts zum Anheben des selektierten Werts einer der Betriebsparameter um einen vorbestimmten Betrag abhängig von der Spannungswelligkeit.

10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der Betriebsparameter-Einstellschritt die Ermittlung des Korrekturwerts gemäß der selektierten Röhrenbetriebsspannung (kV) und den selektierten Werten der Betriebsparameter umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, in welchem der Betriebsparameter-Einstellschritt die Adressierung einer Nachschlagetabelle (60) zuvor ermittelter Korrekturwerte mit den selektierten Werten der Betriebsparameter und der selektierten Röhrenbetriebsspannung (kV), das Bereitstellen aus der Nachschlagetabelle (60) der zuvor ermittelten Korrekturwerte eines Korrekturwerts entsprechend den selektierten Betriebsparametern und der selektierten Röhrenbetriebsspannung und das Addieren des Korrekturwertes zum einzustellenden Betriebsparameter umfaßt.