DE69318631T2

DE69318631T2 - Röntgenuntersuchungseinrichtung

Info

Publication number: DE69318631T2
Application number: DE69318631T
Authority: DE
Inventors: Rudolph Maria Nl-5656 Aa Eindhoven Snoeren; Antonius Johannus Franciscus Nl-5656 Aa Eindhoven Van Bussel
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2013-07-10
Also published as: DE69318631D1; JP3504292B2; JPH06165034A; US5418831A

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät mit einem Abbildungsschirm zum Bilden eines Bildes eines Objekts oder zu untersuchenden Körpers, einer Bildaufnahmeeinrichtung mit einer Aufnahmefläche zum Umwandeln des genannten Bildes in elektrische Signale und zumindest einem Beleuchtungselement zum Beleuchten der Aufnahmefläche und einem Reflexionssystem zum Reflektieren von von dem zumindest einen Beleuchtungselement emittierten Licht zur Aufnahmefläche.
Ein Röntgenuntersuchungsgerät dieser Art ist aus der japanischen Patentanmeldung bekannt. Bei dem bekannten Röntgengerät sind die Beleuchtungselemente zum Beleuchten der Aufnahmefläche über eine Reflexion am Abbildungsschirm angeordnet.
Weiterhin nennt die US-Patentanmeldung US-A 4.359.759 ein Röntgengerät, das eine Röntgenquelle zum Erzeugen von Röntgenstrahlung umfaßt, wobei ein Teil eines zu untersuchenden Patienten bestrahlt wird. Das so gebildete Schattenbild wird von einem Bildverstärker aufgefangen, der eine optische Darstellung des Schattenbildes auf dem Abbildungsschirm abbildet. Die optische Darstellung wird über ein optisches System zur Aufnahmefläche einer Fernsehkamera übertragen, woraufhin das Bild von einem Signalprozessor verarbeitet und/oder auf einem Monitor wiedergegeben werden kann. Die Ansprechzeit der Aufnahmefläche der Fernsehkamera verbessert sich, wenn Licht darauf einfällt. Daher wird die optimale Ansprechzeit der Fernsehkamera erst einige Zeit nach der Aktivierung der Röntgenquelle erhalten. Dies führt zu einer Strahlungsbelastung für den Patienten, ohne daß diagnostisch nutzbare Bilder aufgenommen werden. Um zu erreichen, daß die Fernsehkamera bereits beim Einschalten der Röntgenquelle die gewünschte Ansprechzeit hat, umfaßt das bekannte Gerät eine Anzahl Leuchtdioden (LEDs), die auf oder in einem Plexiglasring um den Lichtweg vom Bildverstärker zur Fernsehkamera herum angeordnet sind. Die der Fernsehkamera zugewandte Seite des Plexiglasringes ist aufgerauht, um Diffusion des Lichtes und damit gleichmäßige Beleuchtung der Aufnahmefläche der Fernsehkamera zu erhalten.
Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Ring aus LEDs zum Erhalten einer gleichmäßigen Lichtverteilung auf der Aufnahmefläche der Fernsehkamera nicht sehr geeignet ist. Ein zweiter Nachteil des bekannten Geräts liegt darin, daß der Plexiglasring in genügendem Abstand von der Fernsehkamera angeordnet werden muß, um dafür zu sorgen, daß das von den LEDs ausgesendete Licht auf die Aufnahmefläche einfällt. Dies erlegt dem optischen System zwischen dem Bildverstärker und der Bildaufnahmeeinrichtung Beschränkungen auf. Insbesondere die Realisierung eines sehr kompakten Aufbaus dieses Teils des Röntgengeräts wird dadurch behindert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Innenrand des Ringes eine Quelle unerwünschter Reflexionen sein kann, die Artefakte in dem von der Fernsehkamera aufgenommenen Bild bewirken können.
Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Röntgenuntersuchung zu verschaffen, in dem die Ansprechzeit verbessert wird, indem dafür gesorgt wird, daß Licht in einer eine gleichmäßige Lichtverteilung ermöglichenden Weise auf die Aufnahmefläche einfällt, in dem ein kompakter Aufbau des optischen Systems erreicht werden kann und in dem das Risiko unerwünschter Reflexionen minimal ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Gerät zur Röntgenuntersuchung dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionssystem ein in einem Lichtweg zwischen dem Abbildungsschirm und der Aufnahmefläche angeordnetes transparentes Element umfaßt, das eine dem Abbildungsschirm zugewandte Eintrittsfläche und eine der Aufnahmefläche zugewandte Austrittsfläche hat, wobei ein Lichtweg von dem zumindest einen Beleuchtungselement über Reflexion an der Eintrittsfläche zur Aufnahmefläche verläuft. Daher wird der Lichtweg des von den Beleuchtungselementen emittierten Lichtes gefaltet, was einen kompakten Aufbau des optischen Systems ermöglicht. Es hat sich gezeigt, daß so eine genügend gleichmäßige Lichtverteilung erreicht werden kann. Bei einer der Ausführungsformen werden Reflexionen von Licht, das vom Bildverstärker stammt, am Reflexionssystem vermieden, indem das Reflexionssystem keine reflektierenden Ränder umfaßt, die in oder nahe dem Lichtbündel zwischen dem Bildverstärker und der Bildaufnahmeeinrichtung liegen. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts ist dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionssystem ein transparentes Element umfaßt, das eine dem Abbildungsschirm zugewandte Eintrittsfläche und eine der Aufnahmefläche zugewandte Austrittsfläche hat, wobei ein Lichtweg von dem zumindest einen Beleuchtungselement über Reflexion an der Eintrittsfläche zur Aufnahmefläche verläuft. Eine Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionssystem ein transparentes Element mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche umfaßt, wobei ein Lichtweg von dem zumindest einen Beleuchtungselement über Reflexion an einer Seitenfläche des transparenten Elements zur Aufnahmefläche verläuft. Das transparente Element ist beispielsweise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff hergestellt.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Gerät zur Röntgenuntersuchung auch dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Element zumindest eine Aussparung umfaßt, wobei das Beleuchtungselement in der Aussparung angeordnet ist. Somit wird eine geeignete optische Positionierung der Beleuchtungselemente relativ zur Eintrittsfläche des transparenten Elements erreicht und ist eine gesonderte mechanische Aufhängung der Beleuchtungselemente nicht notwendig.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts zur Röntgenuntersuchung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Aussparung mit einem Spiegel versehen ist zum Reflektieren von vom Beleuchtungselement emittiertem Licht zur Eintrittsfläche. Bei dieser Ausführungsform werden die konstruktiven und die optischen Anforderungen besser miteinander vereinigt. Durch Verwendung eines Spiegels können die Aussparungen in einer konstruktiv sehr vorteilhaften Weise angebracht werden, und das Licht der Beleuchtungselemente kann optimal auf die Eintrittsfläche des transparenten Elements gerichtet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts zur Röntgenuntersuchung ist dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Element ein Prisma ist, das im Lichtweg zwischen dem Abbildungsschirm und der Aufnahmefläche angeordnet ist, wobei die Eintrittsfläche des Prismas mit der Austrittsfläche des Prismas einen Winkel bildet, wobei die genannten Aussparungen in der Eintrittsfläche vorgesehen sind. Bei Verwendung des Prismas kann die Bildaufnahmeeinrichtung unter einem Winkel zum Bildverstärker angeordnet werden, so daß sie beispielsweise senkrecht dazu steht. Diese ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau des optischen Systems des Röntgengeräts. Bei dieser Ausführungsform wird das Beleuchtungselement oder werden die Beleuchtungselemente an der dem Bildverstärker zugewandten Seite des Prismas vorgesehen, und die optische Dicke des Prisma wird verwendet, um eine gleichmäßige Lichtverteilung auf der Aufnahmefläche der Bildaufnahmeeinrichtung zu erreichen. Die Verwendung eines transparenten Elements in Form eines Prismas bietet auch den Vorteil, daß kein zusätzliches Element in dem Gerät vorgesehen zu werden braucht, um die Aufnahmefläche zu beleuchten.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts zur Röntgenuntersuchung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß dieses vier Beleuchtungselemente in Form von Leuchtdioden (LEDs) enthält, die in regelmäßig verteilten Positionen um den Lichtweg zwischen dem Abbildungsschirm und der Aufnahmefläche herum angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, daß eine Zahl von vier um den Lichtweg herum angeordneten Beleuchtungselementen eine genügend gleichmäßige Beleuchtung liefert. LEDs sind zur Verwendung als Beleuchtungselemente sehr geeignet, weil sie klein sind, eine kurze Ansprechzeit haben, wenig Wärme erzeugen und Licht in einem schmalen Wellenlängenbereich emittieren. Die Beleuchtung kann somit genügend an die spektrale Empfindlichkeit des Aufnahmeelements angepaßt werden, und es ist schnelles Schalten möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Geräts zur Röntgenuntersuchung;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Geräts zur Röntgenuntersuchung und
Fig. 3a und 3b ein transparentes erfindungsgemäßes Element in Form eines Prismas und einige Einzelheiten davon.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Gerät zur Röntgenuntersuchung. Eine Röntgenquelle 10 befindet sich an einer Seite eines Untersuchungsraumes 20, in den beispielsweise ein Patient 22 gesetzt werden kann. An der anderen Seite des Untersuchungsraumes ist gegenüber der Röntgenquelle ein Bildverstärker 30 angeordnet. Der Bildverstärker 30 umfaßt einen Eintrittsschirm 31 und einen Abbildungsschirm 32. Dem Abbildungsschirm 32 folgt eine Bildaufnahmeeinrichtung 50, beispielsweise eine Fernsehkamera mit einer Aufnahmefläche 51. Der Abbildungsschirm wird auf die Aufnahmefläche beispielsweise mit Hilfe eines optischen Systems 33 abgebildet. Die Bildaufnahmeeinrichtung 50 ist mit einer Signalverarbeitungseinheit 60 und einem Monitor 61 verbunden. Es ist auch möglich, die Bildaufnahmeeinrichtung und die Signalverarbeitungseinheit mit anderen Bildverarbeitungseinrichtungen, beispielsweise einem Speichermedium zu koppeln. Das Gerät umfaßt auch elektrische Stromversorgungseinheiten und Steuereinheiten, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
Wenn die Röntgenquelle 10 eingeschaltet wird, sendet sie Röntgenstrahlen in Richtung des Patienten 22 im Untersuchungsraum 20. Infolge von Dichteveränderungen im Körper des Patienten wird ein Röntgenschattenbild auf dem Eintrittsschirm 31 des Bildverstärkers 30 gebildet. Der Bildverstärker überträgt dieses Schattenbild zu seinem Abbildungsschirm 32, auf dem ein Bild des Röntgenschattenbildes in sichtbarem Licht gebildet wird. Die Bildaufnahmeeinrichtung 50 wandelt dieses Bild in ein elektrisches Signal um, das der Signalverarbeitungseinheit 60 zugeführt wird. Nach eventueller Verarbeitung in der Signalverarbeitungseinheit 60 kann das Bild auf dem Monitor 61 wiedergegeben werden und/oder in einem Speichermedium gespeichert werden.
In einer Bildaufnahmeeinrichtung wie einer Fernsehkamera kann die Ansprechzeit von der kurz zuvor von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgefangenen Lichtstärke abhängig sein. Daher wird es, wenn die Röntgenquelle eingeschaltet wird, einige Zeit dauern, bevor die Bildaufnahmeeinrichtung ihre optimale Ansprechzeit erreicht. Während dieser Zeit wird der Patient einer Strahlungsbelastung ausgesetzt, selbst wenn keine diagnostisch nutzbaren Bilder aufgenommen werden können. Um diese "Totzeit" zu vermeiden, wird die Aufnahmefläche 51 der Bildaufnahmeeinrichtung 50 über ein zwischen dem Bildverstärker 30 und der Bildaufnahmeeinrichtung 50 angeordnetes Reflexionssystem 40 beleuchtet. Beleuchtung erfolgt vor und/oder während des Vorhandenseins eines Bildes auf dem Abbildungsschirm 32 des Bildverstärkers 30. Über eine Schaltung (nicht abgebildet) kann die Beleuchtung über das Reflexionssystem 40 ausgeschaltet werden, sobald die Röntgenquelle 10 eingeschaltet wird. Wenn die Beleuchtung bei Vorhandensein eines Bildes eingeschaltet wird, erfolgt eine Korrektur, beispielsweise indem ein konstanter Wert von den aufgenommenen Intensitäten subtrahiert wird.
Gemäß der Erfindung umfaßt das Beleuchtungssystem ein Reflexionssystem 40 in Form eines transparenten Elements 41 mit einer dem Bildverstärker 30 zugewandten Vorderfläche 42 und einer der Bildaufnahmeeinrichtung 50 zugewandten Rückfläche 43. Das transparente Element 41 ist im Lichtweg zwischen dem Bildverstärker und der Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet, ohne daß dabei Licht aus dem Bildverstärker blockiert wird. Das Element 41 umfaßt eine oder mehr Aussparungen 44, in denen Beleuchtungselemente 45, beispielsweise LEDs, vorgesehen sind. Das von den Beleuchtungselementen emittierte Licht fällt von hinten auf die Vorderfläche 42 und wird zur Aufnahmefläche 51 der Bildaufnahmeeinrichtung 50 reflektiert. Weil dieses Licht auf die Vorderfläche 42 unter einem großen Winkel zu deren Normalen einfällt, wird ein großer Teil des Lichtes reflektiert oder es tritt sogar innere Totalreflexion auf. Statt an der Vorderfläche kann Reflexion auch an den Seitenflächen des Elements 41 oder sowohl an der Vorderfläche als auch an den Seitenflächen erfolgen. Wenn diese Seitenflächen nicht poliert sind, tritt auch ein bestimmter Grad an diffuser Reflexion auf, wodurch die Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung über der Aufnahmefläche vergrößert wird. Wie angedeutet, können die Aussparungen 44 Hohlräume in der Rückseite des transparenten Elements 41 sein, aber sie können auch als Löcher ausgebildet sein, die sich über die gesamte Dicke des Elements erstrecken, oder als Aussparungen im Rand des Elements.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Geräts zur Röntgenuntersuchung. Diese Ausführungsform umfaßt auch eine Röntgenquelle 10, einen Bildverstärker 30, eine Bildaufnahmeeinrichtung 50, eine Signalverarbeitungseinheit 60 und einen Monitor 61. Diese Komponenten sind mit denen der bereits beschriebenen Ausführungsform vergleichbar und werden daher nicht erneut beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Aufnahmefläche 51 der Bildaufnahmeeinrichtung 50 relativ zum Abbildungsschirm 32 des Bildverstärkers 30 gekippt. Im Lichtweg zwischen dem Bildverstärker 30 und der Bildaufnahmeeinrichtung 50 ist ein Prisma 141 angeordnet, dessen schräge Seite als Spiegel wirkt. Das Prisma kann Teil des optischen Systems sein, das auch mit den Linsen 33 und 34 dargestellt ist. Der Vorteil dieses Aufbaus liegt darin, daß weniger Raum entlang der Längsachse des Geräts erforderlich ist, so daß die Gesamtabmessungen des Röntgengeräts verkleinert werden können. In der dem Bildverstärker 30 zugewandten Eintrittsfläche 142 des Prismas 141 sind Aussparungen 144 vorgesehen, in denen Beleuchtungselemente 145, beispielsweise LEDs angeordnet sind. Von diesen Beleuchtungselementen emittiertes Licht tritt nach Reflexion an der Eintrittsfläche 142 und der schrägen Fläche des Prismas 141 aus der Austrittsfläche 143 aus und fällt auf die Aufnahmefläche 51 der Bildaufnahmeeinrichtung 50 ein. Reflexion an den Seitenflächen 147 des Prismas 141 ist auch möglich, statt einer Reflexion an der Eintrittsfläche 142 oder zusätzlich dazu. Wie bereits anhand von Fig. 1 beschrieben worden ist, wird hiermit die Ansprechzeit der Bildaufnahmeeinrichtung auf den gewünschten Pegel eingestellt oder auf diesem Pegel gehalten, wenn die Röntgenquelle 10 nicht aktiviert ist.
Fig. 3a und 3b zeigen einige Einzelheiten eines Prismas, wie es in dem in Fig. 2 gezeigten Gerät verwendet wird. Fig. 3a ist eine Perspektivansicht und Fig. 3b ein Querschnitt entlang der Linie B-B'. Das Prisma wird von einem Halbkubus aus transparentem Material gebildet. Die Eintritts- und Austrittsflächen 142 und 143 sind Seitenflächen des Kubus. An der schrägen Seite, entlang einer der Diagonalen des Kubus, wird mittels einer darauf aufgebrachten reflektierenden Schicht oder durch innere Totalreflexion das über die Eintrittsfläche 142 einfallende Licht zur Austrittsfläche 143 reflektiert. Nahe den vier Ecken der Eintrittsfläche 142 sind Aussparungen vorgesehen, in denen Beleuchtungselemente 145 vorhanden sind. Neben den Beleuchtungselementen sind Reflektoren 146 zum Reflektieren von von den Beleuchtungselemente 145 in Richtung der Eintrittsfläche 142 emittiertem Licht vorgesehen. Wie bereits beschrieben, wird dieses Licht dann an der Eintrittsfläche und der reflektierenden schrägen Seite zur Austrittsfläche 143 und der Aufnahmeeinrichtung reflektiert.
Fig. 3b zeigt zwei mögliche Aussparungen mit Beleuchtungselementen. Die Aussparung 144 ist eine Bohrung, die sich in dem Prisma erstreckt und für die Aussparung 144' ist eine Ecke des Prismas entfernt worden; diese Aussparung ist nicht nur an der Seite der Eintrittsfläche 142 offen, sondern auch an einer oder beiden angrenzenden Seiten des Prismas. Um dafür zu sorgen, daß von den Beleuchtungselementen 145 emittiertes Licht so viel wie möglich senkrecht auf die Wandung der Aussparung einfällt, haben die Aussparungen vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt.

Claims

1. Röntgenuntersuchungsgerät mit

- einem Abbildungsschirm (32) zum Bilden eines Bildes eines Objekts (22) oder zu untersuchenden Körpers,

- einer Bildaufnahmeeinrichtung (50) mit einer Aufnahmefläche (51) zum Umwandeln des genannten Bildes in elektrische Signale und zumindest einem Beleuchtungselement (45, 145) zum Beleuchten der Aufnahmefläche (51),

- einem Reflexionssystem (40) zum Reflektieren von von dem zumindest einen Beleuchtungselement (45, 145) emittierten Licht zur Aufnahmefläche (51),

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Reflexionssystem (40)

- in einem Lichtweg zwischen dem Abbildungsschirm (32) und der Aufnahmefläche angeordnet ist und

- ein transparentes Element (41, 141) umfaßt, das

- eine dem Abbildungsschirm (32) zugewandte Eintrittsfläche (42, 142) und eine der Aufnahmefläche (51) zugewandte Austrittsfläche (43, 143) hat;

- ein Lichtweg von dem zumindest einen Beleuchtungselement (45, 145) über Reflexion an der Eintrittsfläche (42, 142) zur Aufnahmefläche (51) verläuft.

2. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Lichtweg von dem zumindest einen Beleuchtungselement (45, 145) über Reflexion an einer Seitenfläche (47, 147) des transparenten Elements (41, 141) zur Aufnahmefläche (51) verläuft.

3. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das transparente Element (41, 141) zumindest eine Aussparung (44, 144) umfaßt,

- wobei das Beleuchtungselement (45, 145) in der Aussparung (44, 144) angeordnet ist.

4. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die zumindest eine Aussparung (144) mit einem Spiegel (146) versehen ist zum Reflektieren von vom Beleuchtungselement (145) emittiertem Licht zur Eintrittsfläche (142).

5. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das transparente Element (141) ein Prisma ist, das im Lichtweg zwischen dem Abbildungsschirm (32) und der Aufnahmefläche (51) angeordnet ist,

- wobei die Eintrittsfläche (142) des Prismas (141) mit der Austrittsfläche des Prismas (141) einen Winkel bildet,

- wobei die genannten Aussparungen (144) in der Eintrittsfläche (142) vorgesehen sind.

6. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- es vier Beleuchtungselemente (145) in Form von Leuchtdioden (LEDs) enthält, die in regelmäßig verteilten Positionen um den Lichtweg zwischen dem Abbildungsschirm (32) und der Aufnahmefläche (51) herum angeordnet sind.

7. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eintrittsfläche des transparenten Elements (141) mit zumindest einer Aussparung (144) zum Unterbringen eines Beleuchtungselements (145) versehen ist.