DE69106953T2

DE69106953T2 - Verfahren zur automatischen Bestimmung der Belichtungszeit für einen Röntgenfilm und dieses verwendendes System.

Info

Publication number: DE69106953T2
Application number: DE69106953T
Authority: DE
Inventors: Robert Heidsieck
Original assignee: General Electric CGR SA
Current assignee: General Electric CGR SA
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1991-07-03
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2011-07-04
Also published as: JP3371372B2; FI913242A0; EP0465360A1; US5218625A; EP0465360B1; JPH04229994A; FI117784B; FI913242L; DE69106953D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die radiologischen Systeme, die einen Röntgenfilm enthalten und für die Untersuchung von Gegenständen verwendet werden, und insbesondere in derartigen Systemen ein Verfahren, das während der Untersuchung des Gegenstandes die Schätzung der vom Röntgenfilin empfangenen Belichtung und das Beenden des Belichtungsvorgangs ermöglicht, wenn der Film einen gegebenen Schwärzungspegel erreicht hat.
Ein radiologisches System enthält im wesentlichen eine Röntgenröhre und einen Empfänger für eine derartige Strahlung, zwischen denen ein zu untersuchender Gegenstand wie etwa ein Körperteil eines Patienten angeordnet ist. Der Bildempfänger, der beispielsweise ein Film-Bildschirm-Paar ist, liefert nach einer geeigneten Belichtungsdauer und der Entwicklung des Films ein Bild des Gegenstandes. Damit das Bild des Gegenstandes unter besseren Bedingungen ausgewertet werden kann, müssen die verschiedenen Punkte, die dieses Bild ergeben, untereinander einen ausreichenden Kontrast besitzen, d.h., daß die Schwärzung des Röntgenfilms korrekt sein muß, und dies trotz der Opazitätsunterschiede, die der geröntgte Gegenstand aufweisen kann, von einer Röntgenaufnahme zur folgenden.
Die Schwärzung steht mit der Energiemenge der auf das Film-Bildschirm-Paar auftreff enden Strahlung in Beziehung, d.h. mit dem Produkt der Intensität der Strahlung, der der Röntgenfilm unterworfen ist, oder der "Film"-Dosisrate, mit der Zeit, in der der Film dieser Strahlung ausgesetzt ist. Um daher eine konstante Schwärzung des Filins von einer Röntgenaufnahme zur folgenden zu erhalten, ist es bekannt (US-A-4 763 343, die der EP-A-0 346 530 entspricht), während der Untersuchung die auf den Film auftreffende Energie mittels einer Detektorzelle zu messen, die hinter dem Empfänger angeordnet ist, der für die Röntgenstrahlung empfindlich ist und der einen zur "Film- "Dosisrate proportionalen Strom liefert. Dieser Strom wird ab dem Beginn der Aufnahme in einer Integratorschaltung integriert, die einen Wert liefert, der im Verlauf der Aufnahme ansteigt. Dieser ansteigende Wert wird während der Aufnahmezeit mit einem festen Sollwert verglichen, der im voraus in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Films erstellt worden ist. Das Ende der Aufnahmezeit ist durch den Zeitpunkt bestimmt, in welchem der Vergleich ergibt, daß der die auf den Film auftreffende Energie darstellende Wert gleich dem Sollwert ist.
In dem Fall, in dem der Röntgenfilm direkt der Röntgenstrahlung unterworfen ist und die Veränderung der Aufnahmezeit von einer Untersuchung zur nächsten ausreichend gering ist, wird von einer Aufnahme zur nächsten eine konstante Schwärzung des Films unabhängig von der Dauer der Belichtungszeit S erhalten, vorausgesetzt, daß das Produkt aus der Aufnahmezeit S mit der Dosisrate F konstant ist, d.h., daß der aus der Integration sich ergebende Wert konstant bleiben muß. Dies ist nur dann richtig, falls die Eigenschaften des Films dem Reziprozitätsgesetz gehorchen, das angibt, daß die optische Dichte des Films zum Produkt F × S proportional ist, und falls das Ansprechverhalten des Films von der Qualität des auftreffenden Röntgenstrahlbündels unabhängig ist.
Dieses Reziprozitätsgesetz ist in dem Fall, in dem die Veränderung der Aufnahmezeit groß ist, nicht mehr gültig.
Außerdem hängt in dem Fall, in dem der Röntgenfilm einem Verstärkerbildschirm zugeordnet ist, die Schwärzung des Films von der Qualität des Spektrums ab. Das Ansprechverhalten des Bildschirms hängt nämlich von der energetischen Verteilung des Spektrums der empfangenen Strahlung ab, was bedeutet, daß es gegenüber der spektralen Härtung und gegenüber der Spannungsänderung der Röntgenröhre empfindlich ist.
Schließlich gibt es bestimmte Anwendungen, für die es ungünstig ist, wenn die Detektorzelle vor dem Film angeordnet ist beispielsweise bei der Mammographie, weil die Strahlungsenergie derart ist, daß die Detektorzelle dann auf dem Film sichtbar wäre. In diesem Fall ist sie hinter dem Bildempfänger angeordnet, dies ruft jedoch eine zusätzliche Schwierigkeit hervor, weil das von der Detektorzelle aufgenommene Signal dasjenige ist, das nicht zur Schwärzung des Films beigetragen hat. Daraus folgt, daß die von der Detektorzelle ausgeführte Messung im allgemeinen nicht die auf den Röntgenfilm auftreffende Belichtung repräsentiert.
Die Abweichung vom Reziprozitätsgesetz, die sich je nach Filmtyp verändert, repräsentiert die relative Veränderung der Belichtung, die notwendig ist, um eine konstante optische Dichte zu erhalten, wenn sich die Aufnahmezeit S verändert, während das Röntgenstrahlungsspektrum konstant ist. Dies äußert sich in der Tatsache, daß für den Erhalt derselben optischen Dichte des Films die Belichtung für eine Aufnahmezeit S = 0,1 Sekunden beispielsweise 1 sein muß, für S = 1 Sekunde 1,3 sein muß und für S = 4 Sekunden 2 sein muß.
Diese Abweichung vom Reziprozitätsgesetz ist durch das unter dem Namen Schwarzschild-Effekt bekannte Phänomen bedingt. Dieser Effekt ist insbesondere in dem Buch mit dem Titel "CHIMIE ET PHYSIQUE PHOTOGRAPHIQUES" von Pierre GLAFKIDES - 4. Ausgabe, Seiten 234 bis 238, und herausgegeben von PUBLICATIONS PHOTO-CINÉMA Paul MONTEL.
Um diese Abweichung vom Reziprozitätsgesetz zu berücksichtigen, sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, wobei eine von ihnen in dem französischen Patent 2 584 504 (die der EP-A-0 208 607 entspricht) beschrieben ist. In diesem Patent ist vorgesehen, den integrierten Wert des von der Detektorzelle gelieferten Signals mit einem Sollwert zu vergleichen, der sich während der Aufnahme gemäß einem vorgegebenen Gesetz verändert. Genauer wird ausgehend vom Beginn jeder Aufnahmezeit zur Differenz der Werte des integrierten Signals und des Sollwerts ein zusätzlicher Wert hinzugefügt, der in Abhängigkeit von der Zeit gemäß einem im voraus bestimmten Gesetz, beispielsweise exponentiel wächst.
Dieses im voraus bestimmte Gesetz, sei es exponentiel oder anders, berücksichtigt die Abweichung vom Reziprozitätsgesetz nur unvollkommen, insbesondere berücksichtigt sie die Veränderungen der vom Film effektiv empfangenen Lichtintensität nicht.
Außerdem berücksichtigt diese Korrektur die Auswirkungen anderer Phänomene wie etwa die Härtung der Röntgenstrahlung wegen der Dicke des durchguerten Gegenstands sowie die Modifikation des Spektrums aufgrund der Spannung der Röntgenröhre nicht.
Darüber hinaus ist in diesem Verfahren die Detektorzelle vor dem Bildempfänger angeordnet.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen zur automatischen Bestimmung des Zeitpunkts des Beendens der Aufnahme während der Zeitdauer der Aufnahme, indem die verschiedenen auftretenden Wirkungen berücksichtigt werden, insbesondere die Veränderungen des Röhrenstroms, die spektrale Härtung aufgrund der Dicke des durchquerten Gegenstandes und die Modifikation des Spektrums, die ihrerseits durch die Röhrenspannung bedingt ist, sowie die Veränderung der Absorptionscharakteristik eines Verstärkerbildschirms.
Gemäß einer ersten Variante betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Bestimmung der Belichtungsdauer eines Röntgenfilms gemäß dem Anspruch 1.
Gemäß einer zweiten Variante betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Bestimmung der Belichtungsdauer eines Röntgenfilms gemäß dem Anspruch 2.
Der Bildempfänger mit Detektorzelle mit eingebautem automatischen Belichter ist demjenigen ähnlich, der in der französischen Patentanmeldung Nr. 89 05668 (FR-A-2 646 515) beschrieben ist. Er enthält einen Behälter, der eine photographische Dunkelkammer bildet, wenigstens einen Bildschirm, der die Röntgenstrahlung in eine Lichtstrahlung umwandelt, sowie einen für die Lichtstrahlung empfindlichen Film, der vor dem Bildschirm angeordnet ist. Er enthält außerdem eine Detektorzelle für die Lichtstrahlung, die hinter dem Bildschirm und dem Film angeordnet ist, um einerseits die vom Bildschirm emittierte Lichtstrahlung zu erfassen und andererseits ein oder mehrere elektrische Signale zu liefern, die die Lichtstrahlung repräsentieren, sowie eine Übertragungsvorrichtung für das oder die elektrischen Signale zur Integratorschaltung.
Die Ansprüche 3 bis 15 beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung des Verfahrens gemäß der Erfindung und eines besonderen Ausführungsbeispiels des radiologischen Systems für dessen Ausführung, wobei die Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen:
- Fig. 1 ein Funktionsschema eines radiologischen Systems ist, das die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ermöglicht;
- Fig. 2 ein Diagramm ist, das die Kurven zeigt, welche bei der Ausführung des Eichverfahrens erhalten werden, das im Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird,
- Fig. 3 ein Diagramm ist, das eine Kurve der Veränderung der Nichtreziprozitäts-Koeffizienten CNRT als Funktion der Aufnahmezeit t zeigt,
- Fig. 4 ein Diagramm ist, das eine Kurve der Veränderung der Nichtreziprozitäts-Koeffizienten CNRD als Funktion der inversen Rate d zeigt,
- Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Kurven der Veränderung der optischen Dichte eines radiologischen Films als Funktion der Belichtung zeigt, und
- Fig. 6 ist ein Funktionsschema eines radiologischen Systems, das demjenigen von Fig. 1 ähnlich ist, in dem jedoch die Detektorzelle in den Empfänger eingebaut ist und für die vom Verstärkerbildschirm emittierte Lichtstrahlung empfindlich ist.
Ein radiologisches System, auf das das Verfahren zur automatischen Bestimmung der Belichtungszeit eines zu röntgenden Gegenstandes 13 gemäß der Erfindung angewandt wird, enthält eine Quelle 11 für Röntgenstrahlung wie etwa eine Röntgenröhre, die ein Bündel 14 von Röntgenstrahlen liefert, die diesen Gegenstand 13 belichten, sowie einen Bildempfänger 17 wie etwa ein Film-Bildschirm-Paar, der so angeordnet ist, daß er die Röntgenstrahlen empfängt, die den Gegenstand durchquert haben, und nach einer geeigneten Aufnahmedauer S und der Entwicklung des Films ein Bild des Gegenstandes 13 liefert.
Für die Ausführung des Verfahrens der Erfindung enthält das System außerdem eine Detektorzelle 12, die im Fall eines Röntgenfilms mit Verstärkerbildschirm hinter dem Bildempfänger 17 angeordnet ist. Diese Zelle kann im Falle eines Films ohne Verstärkerbildschirm vor dem Empfänger angeordnet sein. Die Detektorzelle 12 ermöglicht die Umwandlung einer physikalischen Größe, die für die Röntgenstrahlung charakteristisch ist, die den Gegenstand und den Bildempfänger durchquert hat, etwa das KERMA oder die Energiefluenz, in ein Meßsignal L, das beispielsweise elektrischer Art ist. Das Signal L, das von der Detektorzelle 12 geliefert wird, wird in eine Schaltung 16 eingegeben, die eine Integration des elektrischen Signals während der Aufnahmedauer S ausführt. Das Signal M, das sich aus der Integration ergibt, ist ein Maß für die Strahlung, die den Gegenstand 13 während der Aufnahmedauer S durchquert hat.
Der Quelle 11 der Röntgenstrahlung ist eine Versorgungsvorrichtung 15 zugeordnet, die eine veränderliche Versorgungshochspannung Vm der Röntgenröhre liefert und ein Gerät zum Messen des Anodenstroms I der Röhre enthält. Um die Dauer der Aufnahmezeit S abzuwandeln, enthalten die Versorgungsvorrichtung 15 und die Röntgenröhre Mittel zum Anregen der Röntgenemission in einem genauen Zeitpunkt und zum Beenden derselben nach einer veränderlichen Dauer S, die gemäß dem Verfahren der Erfindung in Abhängigkeit von dem von der Schaltung 16 gelieferten Signal M und den Werten von I, S und Vm und genauer vom Verhältnis M/I × S, das Wirkungsgrad D genannt wird und von der Einrichtung 18 berechnet wird, bestimmt wird. Die Werte des Wirkungsgrades D werden von einem Rechner oder Mikroprozessor gemäß dem Verfahren der Erfindung in der Weise verarbeitet, daß ein Aufnahmeende-Signal geliefert wird.
Die erste Operation des Verfahrens besteht darin, eine Eichung des radiologischen Systems von Fig. 1 auszuführen, die zu einer Schätzfunktion der vom Röntgenfilm gesehenen Belichtung führt. Diese Eichung und die Schätzfunktion sind in der französischen Patentanmeldung (die der EP-A-0465362 entspricht) beschrieben, die heute eingereicht wurde und den Titel "PROCEDE D'ESTIMATION ET D'ETALONNAGE DE LA LUMINATION RECUE PAR UN FILM RADIOGRAPHIQUE" hat.
Für das Verständnis der folgenden Beschreibung wird daran erinnert, daß das Verfahren zum Schätzen der von einem Röntgenfilm empfangenen Belichtung auf Eichungen, die zur Definition einer zur Photonenrate auf den Film proportionalen Funktion, die Filmrate genannt wird, sowie auf einer Eichung basiert, die die Verbindung zwischen der Filmraten-Funktion und der vom Film unter festen Referenzbedingungen empfangenen Belichtung, die zu einer gegebenen Schwärzung des Films führt, herzustellen ermöglicht. Diese letztere Eichung wird in der folgenden Beschreibung genauer dargelegt.
Die Eichungen, die die Definition der Filmrate ermöglichen, sind aus einem Eichungsverfahren abgeleitet, das in der Patentanmeldung Nr. 89 07686 (die der EP-A-0 402 244 entspricht), die am 9. Juni 1989 eingereicht worden ist und den Titel "PROCEDE D'ETAL0NNAGE D'UN SYSTEME RADIOLOGIQUE ET DE MESURE DE L'EPAISSEUR EQUIVALENTE D'UN OBJET" hat. Dieses Verfahren besteht darin, den Wirkungsgrad D der Zelle für jedes Normal der gewählten Versorgungsspannungen Vm zu messen. Genauer wird mit einem ersten Normal der Dicke E&sub1; eine Messung des Wirkungsgrades D1m für jeden Wert Vm, die eine bestimmte Gruppe bilden, ausgeführt. Diese Werte D1m als Funktion der Spannung Vm können in einem Diagramm aufgezeichnet werden, um die Punkte 21' von Fig. 2 zu erhalten.
Die Messungen des Wirkungsgrades D werden für ein anderes Normal der Dicke E&sub2; ausgeführt, wobei die Werte D2m erhalten werden, die den Punkten 22' von Fig. 2 entsprechen, usw. um die anderen Serien von Punkten 23', 24' und 25' zu erhalten, die den Wirkungsgraden D3m, D4m bzw. D5m sowie den Dicken E&sub3;, E&sub4; bzw. E&sub5; entsprechen.
Es ist zu bemerken, daß in Fig. 2 die Wirkungsgrade Dpm als logarithmische Ordinaten aufgetragen sind, während die Versorgungsspannungen als Abszissen von 20 Kilovolt bis 44 Kilovolt aufgetragen sind.
Diese Serien von Punkten 21' bis 25' dienen dazu, die Parameter eines analyitschen Modells zu definieren, das das Verhalten des Wirkungsgrades D als Funktion der Parameter Vm und Et für eine gegebene Konfiguration des radiologischen Systems beschreibt. Dieses analytische Modell wird folgendermaßen geschrieben:
D = f(Vm,Ep) (1)
Die Parameter des analytischen Modells können mit Hilfe von herkömmlichen Schätzwerkzeugen wie etwa der Methode der Minimierung des guadratischen Fehlers eingestellt werden.
Die Kurven 21 bis 25 zeigen den Wert des Wirkungsgrades D, der durch das analytische Modell gegeben ist, das durch den folgenden Ausdruck repräsentiert ist:
D = (Vm,Ep) = exp[f&sub1;(Vm) + Ep × f&sub2;(Vm)], (2)
in dem f&sub1;(Vm) und f&sub2;(Vm) Polynome zweiten Grades sind, deren Ausdruck gegeben ist durch
f&sub1;(Vm) =A&sub0; + A&sub1;Vm + A&sub2;Vm²
f&sub2;(Vm) =B&sub0; + B&sub1;Vm + B&sub2;Vm²
Die inverse Funktion der durch die Formel (2) ausgedrückten Funktion ermöglicht die Berechnung von Ep, wenn D und Vm bekannt sind, indem die folgende Formel (3) verwendet wird:
Die Funktion f&sub2;(Vm) kann nämlich für übliche Werte von Vm nicht Null werden, weil bei den betrachteten Spannungen Vm der Wirkungsgrad D stets von der Dicke Ep abhängt.
Mit anderen Worten, ein Wertepaar (Ep,Vm) entspricht einer Messung des Wirkungsgrades D, welche die Bestimmung von Ep in Abhängigkeit von Vm und von D ermöglicht. Während einer radiologischen Untersuchung ermöglicht eine Messung des Wirkungsgrades D, die mit einer gegebenen Versorgungsspannung Vm ausgeführt wird, eine äquivalente Dicke zu bestimmen, die in den für Ep verwendeten Einheiten ausgedrückt wird.
Diese Eichung wird zweimal mit bezüglich des Empfängers 17 unterschiedlichen Konfigurationen des Röntgensystems ausgeführt.
Die erste dieser Eichungen wird mit dem Empfänger 17 ohne Verstärkerbildschirm ausgeführt. Gemäß Gleichung (1) wird eine Funktion f' bestimmt, die Werte des Wirkungsgrades der Zelle 12 ergibt, die mit Dse bezeichnet werden, etwa:
Dse = f'(Vm,Ep) (4)
sowie die inverse Funktion
Ep = g'(Vm,Dse) (5)
Die zweite Operation des Verfahrens besteht darin, eine zweite Eichung mit einem mit einem Verstärkerbildschirm versehenen Empfänger 17 auszuführen, wobei dann eine Serie von Werten des Wirkungsgrades Dt erhalten wird und wie oben die Funktion f" wie etwa:
Dt = f"(Vm,Ep) (6)
und die inverse Funktion
Ep = g"(Vm,Dc) (7)
bestimmt werden.
Aus den beiden vorangehenden Eichungen wird eine Funktion Df abgeleitet, die den Wirkungsgrad auf dem Film repräsentiert, etwa:
Df = Dse -Dt,
also Df = f'(Vm,Ep) - f"(Vm,Ep) (8)
Diese Funktion Df berücksichtigt die durch die zusätzliche Filterung zwischen dem Verstärkerbildschirm und der Detektorzelle 12 bedingte Modifikation des Spektrums der Röntgenstrahlung, die beispielsweise von der Ausgangsseite der das Film-Bildschirm-Paar enthaltenden Kassette ausgeht, nicht. Um sie zu berücksichtigen, wird in Gleichung (8) Ep durch (Ep - (zusätzliches Filter)) ersetzt, wobei (zusätzliches Filter) die für den geröntgten Gegenstand äquivalente Dicke ist, die dieser Filterung entspricht.
Diese äquivalente Dicke wird erhalten, indem beispielsweise in das Bündel 14 ein dieser Filterung äquivalenter Gegenstand eingesetzt wird und indem je nach Konfiguration der Maschine die Eichfunktion g' oder g" verwendet wird, die die äquivalente Dicke bestimmt.
Da das Produkt Df × I × t zu der im Verstärkerbildschirm während einer Zeit t und bei einem Anodenstrom I absorbierten Energie proportional ist, ist die Größe Df × I, die mit Filmrate bezeichnet wird, zur Rate der auf den Film auftreffenden Photonen proportional und wird in Meßeinheiten des Signals der Detektorzelle 12 ausgedrückt
Diese Proportionalitätsbeziehung wird umso besser erfüllt, je besser die Anzahl der vom Verstärkerbildschirm emittierten Photonen ihrerseits zur absorbierten Energie proportional ist. Wenn die Anzahl der vom Verstärker emittierten Photonen einem anderen Abhängigkeitsgesetz von der absorbierten Energie gehorcht, muß dieses andere Gesetz auf Df × I angewandt werden, um die "Filmrate" zu erhalten.
Eine letzte Eichung besteht darin, die obenbeschriebenen elektrischen Funktionen mit einem Wert der Schwärzung des Films, d.h. einer optischen Dichte, die am Ende der Belichtung erhalten werden soll, in Beziehung zu setzen. Die Wahl dieses Wertes wird durch den Anwender in Abhängigkeit vom Film-Bildschirm-Paar, vom Typ der Diagnose, vom zu untersuchenden Körperteil des Patienten und von seinen Gewohnheiten bei Röntgenuntersuchungen ausgeführt. Die Wahl ermöglicht die Bestimmung der Referenzbelichtung, die mit Lref bezeichnet wird, d.h. der Belichtung, die der Film unter festen Referenzbedingungen empfangen muß, um eine solche Schwärzung zu erreichen. Das Verfahren der Bestimmung von Lref wird später beschrieben. Die Eichoperationen werden nicht bei jeder Röntgenuntersuchung eines Gegenstandes oder eines Patienten ausgeführt, sondern nur von Zeit zu Zeit, um die Veränderungen der Eigenschaften des radiologischen Systems im Laufe der Zeit zu berücksichtigen, insbesondere die Alterung der Röntgenröhre. Die Ergebnisse dieser Operationen werden im Speicher des Mikroprozessors 19 in Form von Funktionen gespeichert, die durch die Gleichungen 4 bis 8 repräsentiert sind, was bedeutet, daß der Mikroprozessor 19 Ep berechnen kann, wenn er Dt kennt, woraufhin er Df berechnen kann.
Während der radiologischen Untersuchung des Patienten besteht das Verfahren außerdem darin, die folgenden Hauptoperationen auszuführen:
(e1) Anordnen des zu röntgenden Gegenstandes oder Patienten,
(e2) Auslösen des Beginns der Aufnahme durch den Anwender,
(e3) Messen des Wirkungsgrades Dt nach einer bestimmten Zeit t' seit dem Beginn der Aufnahme,
(e4) Berechnen der äquivalenten Dicke anhand der Messung des Wirkungsgrades Dc,
(e5) Berechnen des Wirkungsgrades Df auf Höhe des Films,
(e6) Schätzen der vom Film empfangenen Belichtung seit dem Beginn der Aufnahme,
(e7) Berechnen der Belichtung, die noch erfaßt werden muß, um die gewählte Schwärzung zu erhalten,
(e8) vorausgehende Berechnung der mA s, die noch in die Röntgenröhre geliefert werden müssen, um die gewählte Schwärzung zu erhalten,
(e9) Messen der mA s, bezeichnet mit mAsmes, die je nach Fall seit dem Beginn der Aufnahme oder der vorangehenden Messung geliefert wurden,
(e10) Beenden der Röntgenstrahlung, wenn die mAsmes größer oder gleich den berechneten mAs sind, oder Rückkehr zur Operation (e3) im entgegengesetzten Fall.
Es ist zu beachten, daß mit Belichtung das Produkt der empfangenen Lichtmenge, beispielsweise der Beleuchtung EC der empfindlichen Fläche, mit der Dauer der Bestrahlung oder Aufnahme bezeichnet wird.
Die Operation (e3) besteht darin, den integrierten Wert D zu messen, der von der Vorrichtung 18 nach einer bestimmten Zeit t' seit dem Beginn der Aufnahme geliefert wird, da der Integrierer 16 je nach Fall entweder am Beginn der Aufnahme oder nach der letzten Messung auf Null zurückgesetzt worden ist.
Die Zeit t' der Integration entspricht je nach Fall der seit dem Beginn der Aufnahme verstrichenen Zeit oder der seit der letzten Messung verstrichenen Zeit.
Die Operation (e4) wird vom Mikroprozessor 19 anhand der ersten Eichung des radiologischen Systems wie oben beschrieben ausgeführt: Sie ist durch die Gleichung (7) bestimmt; dann wird ein Wert E&sub1; der äquivalenten Dicke erhalten.
Es ist zu bemerken, daß es für die zweite Iteration des Verfahrens und die folgenden nicht notwendig ist, die Operation (e4) auszuführen, sofern die Schätzung der äquivalenten Dicke bei der ersten Iteration ausreichend genau gewesen ist. Die Operation (e5) besteht darin, den Wirkungsgrad des Films Df1, der der Dicke E&sub1; entspricht, zu berechnen, indem die durch die Gleichung (8) definierte Funktion verwendet wird, was ermöglicht, insbesondere den Einfluß des Empfängerbildschirms zu berücksichtigen. Diese Operation ist oben kurz beschrieben worden.
Die Operation (e6) besteht darin, die vom Film seit dem Beginn der Aufnahme empfangene Belichtung Lf zu schätzen, indem die folgende Gleichung angewandt wird:
Lf = Lam + Df1 × δmA s, (9)
in welcher Lam die vom Film vor der Operation (e3) empfangene Belichtung ist und δmA s die Anzahl der mA s ist, die in die Röhre während der Zeit t' geliefert werden und die durch das Produkt des Stroms I der Röhre mit der Integrationszeit t' definiert ist.
Die Operation (e7) besteht darin, die Belichtung Lra zu berechnen, die aufzunehmen bleibt, um die gewählte Schwärzung zu erhalten; sie ist durch die folgende Gleichung bestimmt:
Lra= Lref - Lf. (10)
Die Operation (e8) besteht darin, die mA s zu berechnen, die noch geliefert werden müssen, um die gewählte Schwärzung zu erhalten, und die durch die folgende Gleichung gegeben sind:
mAsr = . (11)
Es ist dann möglich, die Anzahl der während der Berechnungen gelieferten mA s abzuleiten, nämlich mAsc Die tatsächlich noch auf zunehmenden mA s, die mit mAsra bezeichnet sind, sind folgendermaßen definiert:
mAsra = mAsr - mAsc (12)
oder mAsc = I × tc, (13)
wobei tc die Rechenzeit ist.
Die Operation (e10) besteht in der Ausführung einer Wahl entweder die Aufnahme beenden oder sie je nach dem Wert der noch zu liefernden mA s oder der noch abzuwartenden Aufnahmezeit fortzusetzen oder die Schätzung des vorläufigen Wertes des Aufnahmeendzeitpunktes erneut berechnen.
Das Kriterium für das Aufnahmeende kann folgendermaßen lauten: Wenn der Wert
Dif(mA s) = mAsra - mAsmes (15)
null oder kleiner als ein fester Wert Val&sub0; ist, hält der Mikroprozessor 19 die Röntgenstrahlung durch Einwirken auf die Versorgungsvorrichtung 15 an. Im entgegengesetzten Fall wird zur Operation (e3) zurückgekehrt.
Es ist möglich, eine zusätzliche Prüfung hinsichtlich des Wertes der verbleibenden Aufnahmezeit trc, welche durch die folgende Beziehung definiert ist, in Betracht zu ziehen:
Diese zusätzliche Prüfung besteht darin, den Schätzwert mAsra in dem Fall, in dem trc kleiner als ein Wert t&sub0; ist, nicht zu modifizieren. Dann endet das Aufnahmeende in einer offenen Schleife, indem nur die Aufnahmeende-Operationen fortgeführt werden, d.h. Erniedrigen der Anzahl der gelieferten mA s und Beenden der Aufnahme, wenn diese Anzahl kleiner oder gleich Null wird. Ein möglicher Wert von ta ist ein Wert, der im wesentlichen gleich dem Zeitintervall ist, der zwei der Operation (e3) entprechende Messungen trennt. Somit enthält die Operation (e10) in diesem Fall zwei Prüfungen:
- Eine erste Prüfung von mAsra, die entscheidet, ob die Aufnahme endet oder nicht,
- dann eine Prüfung von trc, um zu entscheiden, ob eine neue Schätzung der noch zu liefernden mAs unternommen wird oder ob der Wert mAsra bis zum Aufnahmeende fest bleibt. In diesem letzteren Fall erfolgt die Aufnahmeende-Prüfung periodisch mit dem Wert mAsra.
Außerdem können die Operationen der Schätzung der verbleibenden Zeit und diejenige des Unterbrechens der Aufnahme entkoppelt sein, um die Genauigkeit des Belichters zu verfeinern. Somit wird das Verfahren in der folgenden Weise zerlegt: in einem Arbeitsvorgang TE, der dazu bestimmt ist, die vor dem Aufnahmeende noch zu liefernden mA s zu schätzen, und in einem Arbeitsvorgang TC der Unterbrechung der Aufnahme. Dies sind zwei unabhängige Arbeitsvorgänge, die parallel ablaufen.
Der Schätz-Arbeitsvorgang TE der noch zu liefernden mA s ist durch die Operationen (e3) bis (e8) gebildet, denen eine Operation (e'9) der Umwandlung der mA s in ein Signal in Einheiten der Zelle 12 hinzugefügt ist, etwa:
CEziel = mAsra × Dc (16)
Dieser Schätz-Arbeitsvorgang TE wird während der Aufnahme periodisch erneuert, beispielsweise in Zeitpunkten t&sub1;,t&sub2;, ...,tn, welche Meßzeitpunkte sind, die durch eine Dauer getrennt sind, die wenigstens gleich der Rechenzeit tc ist. Am Ende des Schätz-Arbeitsvorgangs TE wird der Zielwert CEziel des Unterbrechungs-Arbeitsvorgangs TC aktualisiert.
Diese Aktualisierung muß das von der Detektorzelle 12 zwischen dem Meßzeitpunkt am Beginn der Operation (e3) und dem Zeitpunkt der Aktualisierung des Wertes CE ziel am Ende der Operation TC empfangene Signal berücksichtigen.
Der Arbeitsvorgang TC der Unterbrechung der Aufnahme ist ein Arbeitsvorgang, der darin besteht, einen gegebenen Wert (oder ein Ziel) in Abhängigkeit von dem von dieser Zelle tatsächlich empfangenen Signal zu erniedrigen. Dieser Arbeitsvorgang unterbricht die Aufnahme, sobald der Wert CEziel kleiner oder gleich Val&sub0; wird, der beispielsweise gleich null ist.
Somit kann die Funktionsweise des Arbeitsvorgangs TC durch die folgenden Operationen zusammengefaßt werden:
(f1) Messen des von der Zelle 12 integrierten Signals Mm nach einer bestimmten Zeit tTC;
(f2) Erniedrigen des Zielwerts um diesen Wert: (CEziel-Mm);
(f3) Beenden der Aufnahme, wenn (CEziel-Mm) kleiner als Val&sub0; ist, andernfalls Rückkehr zu (f1).
Das eben beschriebene Verfahren arbeitet in dem Maß richtig, in dem für den Empfänger 17 und die Detektorzelle 12 keine Abweichung vom Reziprozitätsgesetz vorliegt. Wenn dies nicht der Fall ist, müssen die Operationen (e6) und (e8) dahingehend vervollständigt werden, daß hierfür ein Korrekturkoeffizient berücksichtigt und durch besondere Messungen und Berechnungen bestimmt wird. Dieser Korrekturkoeffizient wird in die Gleichungen (9) und (11) eingeführt, in welche die Belichtung und der Wirkungsgrad des Films eingehen.
Daher werden die Formeln (9) und (11) zu:
mit Filmrate = Df1 × I. (17)
CNRD ist die Funktion, die die Wirkung der Nichtreziprozität repräsentiert, die in Abhängigkeit von der Photonenrate auf den Film ausgedrückt wird.
Die Funktion CNRD wird durch ein Eichungsverfahren erhalten, das in der Patentanmeldung (EP-A-0 465 361) beschrieben ist, die heute eingereicht worden ist und den Titel: "PROCEDE DE DETERMINATION DE LA FONCTION REPRESENTANT L'EFFET DE NON RECIPROCITE D'UN FILM RADIOGRAPHIQUE" hat.
Für das Verständnis der folgenden Beschreibung wird daran erinnert, daß dieses Eichverfahren zuallererst darin besteht, die Nichtreziprozitäts-Koeffizienten des Films in Abhängigkeit von der Aufnahmedauer ti zu bestimmen, die mit CNRT(ti) bezeichnet werden. Diese Funktion CNRT wird experimentell bestimmt und kann durch eine analytische Funktion dargestellt werden.
Genauer besteht das Verfahren darin, für verschiedene Werte IRi der Intensität der Strahlung den Wert ti der Aufnahmedauer zu bestimmen, welche erforderlich ist, um eine feste optische Dichte DOrefo des Films zu erhalten, beispielsweise DOrefo = 1, und die von der Integratorschaltung 16 gelieferten Werte für die verschiedenen Aufnahmezeiten ti aufzunehmen, wobei diese Werte mit M(ti) bezeichnet werden.
Diese Werte werden mit einem Referenzwert M(tref) verglichen, der beispielsweise derjenige ist, der einer Aufnahmezeit von einer Sekunde entspricht, indem das folgende Verhältnis berechnet wird:
Dieses Verhältnis bestimmt den Koeffizienten der zeitlichen Nichtreziprozität CNRT(ti) für die Aufnahmezeit ti.
Eine andere Weise der Bestimmung dieser Koeffizienten CNRT(ti) wird später beschrieben.
Die Koeffizienten CNRT(ti) stehen im Fall beispielsweise einer optischen Dichte DOrefo = 1 und einer Referenz-Aufnahmezeit tref = 1 Sekunde als Funktion der Zeit durch die Kurve von Fig. 3 miteinander in Beziehung. Diese Kurve zeigt, daß die Belichtung, die erforderlich ist, um die gewünschte optische Dichte zu erhalten, mit der Aufnahmezeit wächst. Deshalb liegt in diesem Beispiel das Verhältnis zwischen den Energien für die beiden Aufnahmezeiten von 50 ms und 6,5 s in der Größenordnung von 1,6. Die Kurve von Fig. 3 kann mit Hilfe einer Funktion modellhaft dargestellt werden, welche die Form besitzt:
CNRD(t) = A&sub0; + A&sub1; log t + A&sub2;[log t]² , (18)
deren Parameter A&sub0;, A&sub1; und A&sub2; ausgehend von Meßpunkten durch eine Schätzprozedur der kleinsten Quadrate geschätzt werden.
Im Prinzip könnte der Schwarzschild-Effekt, der in den Gleichungen (9') und (11') berücksichtigt wird, durch die Funktion CNRT modellhaft dargestellt werden. Der Nutzen der Verwendung der mit der Rate indexierten Funktion CNRD besteht darin, daß die Veränderungen des Anodenstroms berücksichtigt werden können. Daher hat ein automatischer Belichter, der die Funktion CNRD gemäß den Gleichungen (9') und (11') benutzt, beispielsweise den Vorteil, daß die Röhre mit abnehmender Last arbeiten kann.
Um von den von der Zeit abhängigen Koeffizienten CNRT(t) zu den von der Rate abhängigen Koeffizienten CNRD(d) überzugehen, muß die Tatsache berücksichtigt werden, daß die Koeffizienten CNRT(t) durch Messungen der veränderlichen Aufnahmezeit bestimmt worden sind, ohne die Werte der Photonenrate auf dem Film zu kennnen. Wenn für jede Aufnahmezeit ti die Filmrate di gemessen wird, ist der Wert des Koeffizienten CNRD(di) für di gleich demjenigen des Koeffizienten CNRT(ti) für die Aufnahmezeit ti entsprechend der Beziehung:
CNRD(di) = CNRT(ti) (19)
Die verschiedenen Werte von CNRD(di) stehen als Funktion der inversen Rate 1/d durch die Kurve (Fig. 4) miteinander in Beziehung. Diese Kurve kann mit Hilfe einer Funktion der folgenden Form modellhaft dargestellt werden:
CNRD(d) A'&sub0;+ A'&sub1; log 1/d + A'&sub2; [log 1/d]² (20)
Die Werte di können nicht durch Eichung gegeben sein, vor allem weil sie in Meßeinheiten der Zelle 12 ausgedrückt sind, die nicht notwendigerweise diejenige ist, die bei der Eichung verwendet wird. Somit müssen im allgemeinen die Werte di mit den bekannten Werten ti durch die folgende Beziehung verbunden werden:
Lref × CNRT(ti) = di × ti (21)
oder aber
Es wird hier daran erinnert, daß Lref die Belichtung ist, die der Film unter festen und bekannten radiologischen Bedingungen empfängt, wenn der Film eine gegebene Schwärzung erreicht hat, und bei der die Wirkung der Nichtreziprozität korrigiert ist.
Um die Definition der Funktion CNRD abzuschließen und um die letzte Eichung des Verfahrens zu erläutern, bleibt das Verfahren der Auswertung der Referenzbelichtung zu betrachten.
Dieses Verfahren ist in der obenerwähnten Patentanmeldung (EP-A-0 465 362) mit dem Titel "PROCEDE D'ESTIMATION ET D'ETALONNAGE DE LA LUMINATION RECUE PAR UN FILM RADIOGRAPHIQUE" beschrieben. Die Referenzbelichtung hängt von der optischen Dichte ab, die auf dem Film erhalten werden soll. Um diese Belichtung zu bestimmen, besteht die erste Stufe darin, ein Sensitogramm des verwendeten Filmtyps zu verwirklichen, anschließend muß unter mit einem bekannten Dickennormal bestimmten radiologischen Bedingungen eine Aufnahme hergestellt werden.
Die bestimmten radiologischen Bedingungen sind beispielsweise
- eine optische Referenzdichte DOrefo, die in Abhängigkeit von den Gewohnheiten des Anwenders gewählt wird, beispielsweise DOrefo = 1
- ein Dickennormal Eo,
- eine Versorgungsspannung Vo,
- ein Wert der Aufnahmezeit to,
- ein Wert des Produkts Io × to.
Für diese Aufnahme werden die optische Dichte DOm sowie die Werte Mo, Io, to gemessen, wodurch es möglich ist, die äquivalente Dicke Ep mit Hilfe der Formel (7) zu berechnen. Anschließend wird der Wirkungsgrad Dfo auf dem Film mit Hilfe der Formel (6) berechnet, wodurch es möglich ist, die vom Film empfangene Belichtung Lfilm mit der folgenden Formel zu berechnen:
Lfilm = Dfo × Io × to (23)
Die optische Referenzdichte DOrefo ermöglicht die Berechnung der DOrefo entsprechenden Beleuchtungsstufe EChref auf der sensitometrischen Kurve des verwendeten Films (Fig. 5), wobei diese Kurve mit Hilfe eines Sensitometers und eines Densitometers aufgezeichnet worden ist. Dadurch können die Eigenschaften der zu entwickelnden Maschine, die verwendet wird, berücksichtigt werden. Die Kurve ist beispielsweise in Form einer Funktion im Mikroprozessor 19 (Fig. 1) gespeichert.
Die gemessene optische Dichte DOm ermöglicht die Berechnung der Meßstufe Echm, die gleich dem Wert der Beleuchtungsstufe ist, die auf der sensitometrischen Kurve (Fig. 5) DOm entspricht.
Mit den Werten Lfilm der Belichtung auf dem Film, der Referenzstufe Echref und der Meßstufe Echm ist es möglich, die Referenzbelichtung Lref zu berechnen, um die optische Dichte DOrefo zu erhalten, indem die Gleichung verwendet wird, die die Maßstabsänderung zwischen der Belichtung und der Beleuchtungsstufe der Abszissenachse der sensitometrischen Kurve (Fig. 5) definiert:
Dieser Gleichung (24) wird entnommen:
mit K = 2/log&sub1;&sub0;(2). (26)
Die sensitometrische Konstante K entspricht dem beibehaltenen Abstand für die Beleuchtungsstufen.
Der Wert Lref hängt über Lfilm durch die Gleichungen (22) und (25) von t&sub0; ab. Somit ist der Wert Lref für die Wirkungen der Nichtreziprozität des Films empfindlich. Um den Einfluß der Nichtreziprozität auf den Wert Lref zu korrigieren, ist es ausreichend, in der Gleichung (23) den Wert Lfilm zu verwenden, der definiert ist durch:
Diese Referenzbelichtung Lref ist diejenige, die in Gleichung (10) verwendet werden muß, um die optische Referenzdichte DOrefo zu erhalten, beispielsweise DOrefo = 1, wobei die Formel (25) zeigt, daß sie insbesondere von der Differenz zwischen der Referenzstufe und der Meßstufe abhängt.
Die Kenntnis der vom Film empfangenen Belichtung ermöglicht die Kenntnis von di durch Anwenden der Formel (22) und daraus die Ableitung von CNPD(di) durch die Formel (20).
Für eine optische Dichte des Röntgenfilms, die vom DOrefo = 1 verschieden ist, ist es notwendig, erneut die obenbeschriebenen Operationen auszuführen, derart, daß die neuen Werte von CNRT(ti) und von Lref bestimmt werden.
Um diese Operationen zu vereinfachen, können die Koeffizienten CNRT(ti) dadurch erhalten werden, daß die folgenden Operationen ausgeführt werden:
(g1) Verwirklichen eines ersten Sensitogramms Srefo mit Hilfe eines Sensitometers mit veränderlicher Zeit, wenn die Aufnahmezeit für eine Referenzzeit trefo gesteuert wird;
(g2) Verwirklichen von q Sensitogrammen S&sub1; bis Sq (Fig. 5) mit Hilfe desselben Sensitometers mit veränderlicher Zeit für q verschiedene Aufnahmezeiten;
(g3) Wählen einer optischen Referenzdichte DOrefo, z.B. DOrefo = 1;
(g4) Messen der Beleuchtungsstufe Echrefo, Ech&sub1;, ..., Echi, ..., Echq, die der optische Dichte DOrefo (DOrefo = 1) entsprechen, für jedes Sensitogramm;
(g5) Berechnen der Koeffizienten CNRT(ti) durch die Gleichung:
Wenn der Anwender entscheidet, mit einer unterschiedlichen optischen Dichte zu arbeiten, wird, um die obenbeschriebene Eichung zu vermeiden, vorgeschlagen, die absichtlich korrigierte optische Dichte für die Schwärzung DOcvn zu verwenden. Dann muß die Referenzbelichtung Lref, die in Gleichung (10) verwendet wird, durch die korrigierte Belichtung Lcvn ersetzt werden, die ausgedrückt wird durch:
Lcvn = Lref × exp[ × P × Log(10)] (27)
wobei
- CVN die absichtliche Korrektur der Schwärzung ist, die durch eine ganze Zahl beispielsweise von -10 bis +10 ausgedrückt wird,
- P die Schrittweite der optischen Dichte ist, beispielsweise 0,1,
- Γ die Steigung des linearen Teils der sensitometrischen Kurve (Fig. 5) ist.
Das eben beschriebene Verfahren zeigt, daß seine Ausführung eine bestimmte Anzahl von Eichungen erfordert, die zusammengefaßt die folgenden sind:
(a) die Eichung des radiologischen Systems in der Weise, daß die analytischen Modelle bestimmt werden,
Dse = f'(Vm,Ep) (4)
mit Kassette ohne Bildschirm und
Dc = f"(Vm,Ep) (6)
Ep = g"(Vm,Dc) (7)
mit Kassette und Bildschirm.
Die Differenz Df = (Dse - Dc) (Gleichung (8)) erlaubt die Ableitung des vom Bildschirm absorbierten Wirkungsgrades;
(b) Die Eichung des Films in der Weise, daß das Gesetz der Nichtreziprozität CNRT(t) bestimmt wird, das als Funktion der Zeit ausgedrückt ist; dieses Gesetz wird dazu verwendet, das Gesetz der Nichtreziprozität CNRD(d) zu bestimmen, das als Funktion der Rate ausgedrückt ist;
(c) die Eichung der Referenzbelichtung Lref. Wenn diese verschiedenen Eichungen ausgeführt worden sind, sind die verschiedenen eigentlichen Operationen des Verfahrens die folgenden:
(d) Wählen des Wertes der Schwärzung oder des Wertes der absichtlichen Korrektur der Schwärzung durch den Anwender in der Weise, daß die Ziel-Belichtung Lcvn bestimmt wird, die der Film unter den festen Referenzbedingungen empfangen muß, um die gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erreichen. Die Belichtung Lcvn wird ausgehend von der Gleichung (27) berechnet oder die Belichtung Lref wird durch Eichung (c) und die Gleichungen (25) und (26) bestimmt.
(e1) Anordnen des Gegenstandes, der geröntgt werden soll;
(e2) Auslösen des Beginns der Aufnahme durch den Anwender;
(e3) Messen des Wirkungsgrades Dc1 auf Höhe der Zelle (12) nach einer Zeit t';
(e4) Messen der äquivalenten Dicke E&sub1; durch Gleichung (7);
(e5) Berechnen des Wirkungsgrades Df1 auf Höhe des Films für die Dicke E&sub1; durch die Gleichung (8);
(e6) Berechnen der vom Film empfangenen Belichtung Lf durch die Gleichung:
(e7) Berechnen der Belichtung Lra, die noch aufgenommen werden muß, um die gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten, durch die Gleichung:
Lra = Lcvn - Lf (10')
(e8) vorausgehende Berechnung der noch zu liefernden mA s (mAsra), um die Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten, durch die Gleichung:
mAsra = CNRD(Filmrate) (11')
(e9) Messen der mA s, die seit Beginn der Operation (e3) geliefert worden sind;
(e10) - Beenden der Belichtung, wenn die in (e9) gemessenen mA s gleich oder größer als mAsra sind,
- oder Rückkehr zur Operation (e3), wenn die bei (e9) gemessenen mA s kleiner als mAsra sind.
Die eben gegebene Beschreibung des Verfahrens entspricht einer bestimmten Konfiguration des radiologischen Systems. In dem Fall, in dem dieses System mehrere Konfigurationen annehmen kann, beispielsweise durch die Wahl
- des Anodenmaterials,
- der Abmessungen des Brennpunkts,
- des Filters zur Spektrumsmodifikation,
- der Kollimation,
- des Vorhandenseins oder der Abwesenheit eines Antistreugitters,
- des Typs des Bildempfängers,
- des Typs der Detektorzelle,
ist es notwendig, für jede dieser Konfigurationen die Eichungen (a), (b) und (c) auszuführen. Die Anzahl dieser Eichungen kann verringert werden, wenn Ähnlichkeiten des Verhaltens von einer Konfiguration zur nächsten berücksichtigt werden, wie dies für die Eichung (a) in der der EP-A-0 402 244 entsprechenden Patentanmeldung Nr. 89 07686, eingereicht am 9. Juni 1989, beschrieben worden ist.
Bei der Ausführung des Verfahrens durch den Anwender definiert dieser letztere die Konfiguration, deren Eigenschaften an den Mikroprozessor (19) in der Weise übertragen werden, daß dieser letztere die entsprechenden Modelle verwendet.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in seiner Anwendung auf einen Empfänger 17 des Typs Film-Bildschirm-Paars beschrieben worden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in einer Anwendung auf ein radiologisches System (Fig. 1) beschrieben worden, in dem die Detektorzelle 12 für Röntgenstrahlen außerhalb des Empfängers 17 angeordnet ist, das Verfahren ist jedoch auf ein radiologisches System (Fig. 6) anwendbar, in dem die Detektorzelle in den Empfänger unter dem Bildschirm 2 (Bezugszeichen 4) eingebaut ist und für die vom Bildschirm emittierte Lichtstrahlung empfindlich ist. Ein solcher mit einer Detektorzelle versehener Empfänger ist in der französichen Patentanmeldung Nr. 89 05668 (FR-A-2 646 515), eingereicht am 28. April 1989 mit dem Titel Cassette de radiologie avec cellule détectrice d exposeur automatique incorporée", beschrieben.
Mit diesem neuen Empfängertyp, der eine Detektorzelle 4 für die vom Bildschirm 2 emittierten Lichtstrahlen enthält, ist es nicht mehr notwendig, die Kalibrierungsoperationen (a) und (b) des Verfahrens auszuführen, die zum Ziel hatten, die durch den Film und den Bildschirm eingeführte Dämpfung der Röntgenstrahlung zu berücksichtigen.
Außerdem sind als Konsequenz die Operationen (e4) und (e5) nicht mehr notwendig.
Dies führt zu einem modifizierten Verfahren, das die folgenden Operationen enthält:
eine Eichung, um die Referenzbelichtung Lref zu bestimmen, die der Film unter festen Referenzbedingungen aufnehmen muß, um die vom Anwender als Referenzwert gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten;
(b1) Anordnen des zu röntgenden Gegenstandes, gefolgt von den folgenden Operationen:
(b2) Auslösen des Beginns der Aufnahme durch den Anwender;
(b3) Messen des Wirkungsgrades Df1 nach einer bestimmten Zeit t' seit dem Beginn der Aufnahme;
(b4) Berechnen der vom Film empfangenen Belichtung Lf gemäß der Gleichung:
Lf = Lam + Df1 × δmA S (9)
(b5)Berechnen der noch auf zunehmenden Belichtung Lra, um die gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten, durch die Gleichung:
Lra= Lref - Lf (10)
(b6) vorhergehendes Berechnen der noch zu liefernden mA s (mAsr), um die gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten, durch die Gleichung:
mAsr = Lra/Df1 (11)
(b7) Messen der mA s, die seit dem Beginn der Operation (b3) geliefert wurden (mAsmes);
(b8) - Beenden der Aufnahme, wenn die in (b7) gemessenen mA s (mAsmes) gleich oder größer als mAsr sind,
- oder Rückkehr zur Operation (b3), wenn die in (b7) gemessenen mA s kleiner als mAsr sind.
Es ist zu beachten, daß die Besonderheiten und Modifikationen, die für das Verfahren beschrieben worden sind, die die Detektorzelle 12 für Röntgenstrahlung verwendet, in dem Maß, indem sie die Kalibrierungsoperation (a") und die Operationen (b1) und (b8) betreffen, auch auf die Detektorzelle 4 für Lichtstrahlung anwendbar sind.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Bestimmung der Belichtungsdauer eines Röntgenfilms in einem zur Untersuchung eines Gegenstandes (13) vorgesehenen radiologischen System, das versehen ist mit einer Röntgenröhre (11), deren Versorgungsspannung verschiedene kontinuierlich oder diskret veränderliche Werte Vm annehmen kann und die ein Bündel (14) von Röntgenstrahlen in Form von Impulsen veränderlicher Dauer S in Richtung des zu untersuchenden Gegenstandes (13) aussenden kann, einem Empfänger (17) für die Röntgenstrahlung, die den Gegenstand (13) durchquert hat, um ein Bild des Gegenstandes zu verwirklichen, wobei der Empfänger aus wenigstens einem Verstärkerschirm (2) und einem für das von diesem Schirm ausgesandte Licht empfindlichen Film (3) aufgebaut ist, einer Detektorzelle (4), die dazu vorgesehen ist, die von dem Schirm (2) ausgesandten Lichtstrahlen zu erfassen, im Empfänger hinter dem Schirm angeordnet ist und eine das Bündel von Röntgenstrahlen kennzeichnende physikalische Größe in ein Meßsignal L umwandeln kann, einer Integratorschaltung (18), die das Meßsignal L während der Dauer S integriert und ein Signal M ausgibt, und einer Einrichtung (18) zur Berechnung des Wirkungsgrades D, cler durch das Verhältnis von N zum Produkt des Anodenstroms 1 der Röhre mit der Aufnahmedauer S, I × S (oder mA s), gegeben ist, wobei das Verfahren die folgenden Operationen enthält:

(a") eine Eichung unter festen Referenzbedingungen für die Bestimmung der Referenzbelichtung Lref, die der Film empfangen muß, um eine vom Anwender als Referenzwert gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erreichen;

(b1) Anordnen des der röntgenologischen Untersuchung zu unterziehenden Gegenstandes (13);

(b2) Auslösen des Beginns der Aufnahme durch den Anwender;

(b3) Messen des Wirkungsgrades Df1 ein bestimmtes t' nach dem Beginn der Aufnahme oder je nach Fall ab der letzten Messung;

(b4) Berechnen der vom Film empfangenen Belichtung Lf gemäß der Gleichung:

Lf = Lam + Df1 × δmA s, (9)

in der Lam die vom Film vor der Operation (b3) empfangene Belichtung ist und δmA s die Anzahl der pro Zeiteinheit während der Zeit t' gelieferten mA s ist und durch das Produkt des Stroms 1 der Röhre mit der Integrationszeit t' definiert ist;

(b5) Berechnen der noch zu erlangenden Belichtung Lra, um die gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten, durch die Gleichung:

Lra = Lref - Lf (10)

(b6) prognostisches Berechnen der noch zu liefernden mA s (mAsr), um die gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten, durch die Gleichung:

mAsr = (11)

(b7) Messen der mA s (mAsmes) ab dem Beginn der Aufnahme oder je nach Fall ab der vorangehenden Messung;

(b8) Beenden der Aufnahme, wenn die Messung mASme gleich oder größer wird als

mAsr = (11)

- oder Rückkehr zur Operation (b3), wenn die Messung mAsmes in (b7) kleiner als mAsr ist.

2. Verfahren zur automatischen Bestimmung der Belichtungsdauer eines Röntgenfilms in einem zur Untersuchung eines Gegenstandes (13) vorgesehenen radiologischen System, das versehen ist mit einer Röntgenröhre (11), deren Versorgungsspannung V verschiedene kontinuierlich oder diskret veränderliche Werte Vm annehmen kann und die ein Bündel (14) von Röntgenstrahlen in Form von Impulsen mit veränderlicher Dauer S in Richtung des zu untersuchenden Gegenstandes (13) aussendet, einem Empfänger (17) für die Röntgenstrahlung, die den Gegenstand (13) durchquert hat, um ein Bild des Gegenstandes zu verwirklichen, wobei der Empfänger aus wenigstens einem Verstärkerschirm und einem für das von diesem Schirm ausgesandte Licht empfindlichen Film aufgebaut ist, einer Detektorzelle (12) für die Röntgenstrahlen, die den zu untersuchenden Gegenstand durchquert haben, die hinter dem Bildempfänger (17) angeordnet ist und die eine das Bündel (14) von Röntgenstrahlen X kennzeichnende physikalische Größe in ein Meßsignal L umwandeln kann, einer Integratorschaltung (16), die das Meßsignal L während der Dauer S integriert und ein Signal N ausgibt, und einer Einrichtung (18) zur Berechnung des Wirkungsgrades D, der durch das Verhältnis von M zum Produkt I × S (oder mA s) des Anodenstroms I der Röhre mit der Aufnahmedauer S gegeben ist, wobei das Verfahren die folgenden Eichungen enthält:

a) eine erste Eichung des radiologischen Systems mit Hilfe von Gegenständen der Dicke Ep, indem ein Empfänger ohne den oder die Verstärkerschirme in der Weise verwendet wird, daß die Funktion des Wirkungsgrades Dse:

Dse = f'(Vm, Ep) (4)

sowie die inverse Funktion

Ep = g'(Vm, Dse) (5)

bestimmt werden;

(b) eine zweite Eichung des radiologischen Systems mit Hilfe der Gegenstände des Dicke Ep, indem der Empfänger (17) mit dem oder den Verstärkerschirmen in der Weise verwendet wird, daß die Funktion des Wirkungsgrades Dc:

Dc = f"(Vm, Ep) (6)

sowie die inverse Funktion:

Ep = g"(Vm, Dc) (7)

bestimmt werden,

und die Berechnung der Funktion des Wirkungsgrades Df, derart, daß:

Df = f'(Vm, Ep) - f"(Vm, Ep), (8)

wobei f' und f" Funktionen sind, die das Verhalten des Wirkungsgrades D in Abhängigkeit von den Parametern Vm und Ep für die gegebenen Konfigurationen des Systems beschreiben;

(c) eine dritte Eichung unter festen Referenzbedingungen zur Bestimmung der Referenzbelichtung Lref, die der Film empfangen muß, um die Schwärzung (oder optische Dichte) zu erzielen, die vom Anwender als Referenzwert gewählt worden ist; dann die folgenden Operationen:

(e1) Anordnen des der röntgenologischen Untersuchung zu unterziehenden Gegenstandes (13);

(e2) Auslösen des Beginns der Aufnahme durch den Anwender;

(e3) Messen des Wirkungsgrades Dc1 eine bestimmte Zeit t' nach dem Beginn der Aufnahme oder je nach Fall ab der letzten Messung;

(e4) Messen der äquivalenten Dicke E&sub1; durch die Gleichung (7);

(e5) Berechnen des Wirkungsgrades Df1 auf Höhe des Films für die Dicke E&sub1; durch die Gleichung (8);

(e6) Berechnen der vom Film empfangenen Belichtung Lf gemäß der Gleichung:

Lf = Lam + Df1 × δmA s, (9)

in der Lam die vom Film vor der Operation (e3) empfangene Belichtung ist und δmA s die Anzahl der pro Zeiteinheit während der Zeit t' gelieferten mA s ist und durch das Produkt des Stroms I der Röhre mit der Integrationszeit t' definiert ist;

(e7) Berechnen der noch zu erlangenden Belichtung Lra, um die gewählte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten, durch die Gleichung:

Lra = Lref - Lf (10)

(e8) prognostisches Berechnen der noch zu liefernden mA s (mAsr), um die gewünschte Schwärzung (oder optische Dichte) zu erhalten, durch die Gleichung

mAsr = (11)

(e9) Messen der mA s, die ab dem Beginn der Operation (e3) oder je nach Fall ab der vorangehenden Messung geliefert worden sind, mAsmes;

(e10) - Beenden der Aufnahme, wenn die mA s, die in (e9) gemessen werden, mAsmes, gleich oder größer sind als mAsr;

- oder Rückkehr zur Operation (e3), wenn die in (e9) gemessenen mA s kleiner als mAsr sind.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem enthält:

- eine Operation der Umwandlung von mAsra in einen Wert CETarget in den Einheiten der Zelle (4), derart, daß

CETarget = mASr × Df1

und

- eine Operation der Dekrementierung des Target-Wertes CETarget durch die von der Detektorzelle (12; 4) empfangenen Signale, so daß die Aufnahme beendet wird, wenn der dekrementierte Wert kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert Val&sub0; wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Operation (b6) außerdem eine Operation des Berechnens der mA s, die während der Rechenoperationen (b4) bis (b6) der Dauer tc geliefert werden (mAsc), durch die Gleichung:

mAsc = I × tc (13)

enthält, so daß der wirkliche Wert der mA s bestimmt wird, der noch zu erreichen ist (mAsra), derart, daß:

mAsra = mAsr - mAsc. (12)

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Operation der Berechnung von mAsr während der Aufnahme in Zeitpunkten t1, t2, ..., tn, die durch eine Dauer voneinander getrennt sind, die wenigstens gleich der Rechenzeit tc der Operationen (b4) bis (b6) ist, periodisch neu ausgeführt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß korrigierte Berechnungen von Lf bzw. von Lra gemäß den folgenden Formeln ausgeführt werden:

wobei in den Formeln CNRD(Filmrate) der Nichtreziprozitäts-Koeffizient ist, der durch die Filmrate des Empfängers (17) indexiert ist, derart, daß

Filmrate = Df1 × I. (17)

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der CNRD(Filmrate)-Koeffizient dadurch erhalten wird, daß die folgenden Operationen ausgeführt werden:

- Messen der Nichtreziprozitäts-Koeffizienten CNRT(ti) des Paars Film-Schirm in Abhängigkeit von der Aufnahmezeit ti,

- Messen der Filmrate di für jede Aufnahmezeit (ti),

- Bestimmen der Modellfunktion der CNRD(di)- Koeffizienten, derart, daß:

CNRDi(d) = A'&sub0; +A'&sub1;log1/d+A'&sub2;[log1/d]² (20)

wobei A'&sub0;, A'&sub1; und A'&sub2; die Parameter sind, die anhand der Meßpunkte geschätzt werden, wodurch die Bestimmung des einer gegebenen Filmrate entsprechenden Koeffizienten möglich ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmrate d durch die Zelle (4, 12) gemessen wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmrate di durch die folgende Formel gegeben ist:

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Aufnahmezeit ti abhängigen Koeffizienten CNRT(ti) dadurch erhalten werden, daß die folgenden Operationen ausgeführt werden:

(a1) Modifizieren des Heizstroms der Röhre (11) in der Weise, daß verschiedene Werte des Stroms erhalten werden,

(a2) Ablesen der Werte M(ti), die von der Integratorschaltung (16) für die verschiedenen Aufnahmezeiten (ti) ausgegeben werden, so daß eine optische Dichte DO&sub1; des Films erhalten wird,

(a3) Berechnen des Verhältnisses

das den Koeffizienten CNRT(ti) ergibt, wobei M(tref) der Wert M(ti) für ti = tref ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten CNRT(ti) dadurch erhalten werden, daß die folgenden Operationen ausgeführt werden:

(g1) Verwirklichen eines ersten Sensitogramms Srefo mit Hilfe eines Sensitometers mit veränderlicher Zeit, wenn die Aufnahmezeit für eine Referenzzeit trefo gesteuert wird;

(g2) Verwirklichen von q Sensitogrammen S&sub1; bis Sq für q verschiedene Aufnahmezeiten ti mit Hilfe desselben Sensitometers mit veränderlicher Zeit;

(g3) Wählen einer optischen Referenzdichte DOrefo,

(g4) Messen der Beleuchtungsstufe Echrefo, Ech&sub1;,..., Echi, Echq, die der optischen Dichte DOrefo entspricht, für jedes Sensitogramm,

(g5) Berechnen des Koeffizienten CNRT(ti) durch die Gleichung

mit K = 2/log&sub1;&sub0;(2).

12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine Operation der Modellbildung der Koeffizienten CNRT(ti) in Form eines analytischen Modells enthält:

CNRT(t)=A&sub0; +A&sub1;log t+A&sub2;[log t]² (18)

wobei A&sub0;, A&sub1; und A&sub2; Parameter sind, die anhand der Meßpunkte geschätzt werden.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Operation (a") der Eichung der Referenzbelichtung die folgenden Operationen enthält:

- Verwirklichen einer Aufnahme unter bestimmten radiologischen Bedingungen für eine optische Referenzdichte, beispielsweise DOrefo = 1, ein Normal der Dicke Eo, eine Versorgungsspannung Vo und einen Wert des Produkts eines Anodenstroms Io der Röhre mit einem Wert der Aufnahmezeit to;

- Berechnen des Wirkungsgrades Dfo durch die Einrichtung (18);

- Berechnen der Belichtung LFilm für den Film durch die Formel

Lfilm =Dfo × Io × to, (23)

- Berechnen der Beleuchtungsstufe Echref, die der optischen Referenzdichte DOrefo entspricht, mit Hilfe der sensitometrischen Kurve;

- Messen der optischen Dichte DOm der erhaltenen Aufnahme und Berechnen der Beleuchtungsstufe Echm mit Hilfe der sensitometrischen Kurve und

- Berechnen der Referenzbelichtung Lref durch die Formel:

mit K = 2/log&sub1;&sub0;(2). (26)

14. Verfahren gemäß den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierte Belichtung für den Film L'Film durch die Formel berechnet wird:

15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine korrigierte Belichtung Lcvn gemäß der Formel berechnet wird:

Lcvn =Lref × exp [ × P × log(10)], (27)

so daß eine unterschiedliche Schwärzung (oder optische Dichte) erhalten wird, wobei in der Formel:

- CVN die gewünschte Korrektur der Schwärzung ist, die beispielsweise durch eine ganze Zahl ausgedrückt wird,

- P die Schrittweite der optischen Dichte ist,

- Γ die Steigung des linearen Teils der sensitometrischen Kurve ist.