DE69605619T2 - Bilderzeugungsgerät - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung und insbesondere Festkörperbilderzeugungseinrichtungen, die strahlungsempfindliche Detektorelemente umfassen.
• Es ist vorgeschlagen worden, CCDs und andere Typen von Festkörperdetektoren für zahnmedizinische und andere medizinische Anwendungen unter Verwendung von Röntgendurchstrahlung zu verwenden, um die Knochenbaumerkmale eines Patienten zu untersuchen. Das CCD ersetzt den Film, der bei früheren Systemen verwendet wurde, und ermöglicht, daß zusammen mit einer besser gesteuerten niedrigeren Dosis von Röntgenstrahlen für eine gegebene Exposition eine Echtzeitbilderzeugung erreicht werden kann.
• Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der DE-A-42 17 627 offenbart.
• Bei einer bekannten Anordnung wird ein CCD intraoral verwendet und ist elektrisch mit einer Röntgenstrahlenquelle verbunden. Wenn die Röntgenstrahlenquelle angeregt wird, wird ein Startsignal entlang des Verbindungsdrahtes an das CCD und an seine Steuerschaltung übertragen, um eine Erfassung und ein Auslesen des Bildes zu beginnen. Bei anderen Anordnungen besitzt die Röntgenstrahlenquelle und das CCD keine physikalische Verbindung. Ein Zusatzsensor ist nahe dem Bilderzeugungsbereich des CCD angeordnet, um den Beginn der Röntgenstrahlenenergie zu detektieren. Bei Detektion der einfallenden Röntgenstrahlenenergie sendet der Sensor ein Signal an die CCD-Steuerschaltung, um einen Beginn der Bilderzeugung zu bewirken.
• Bei einer anderen Anordnung wird das CCD vor der Durchstrahlung mit Röntgenstrahlen kontinuierlich ausgelesen. Ein von dem CCD abgeleitetes Signal wird mit einem Referenzpegel verglichen. Wenn dieses den Referenzpegel überschreitet, wird die Bilderfassungsphase des CCD-Betriebes eingeleitet.
• Die vorliegende Erfindung versucht, eine verbesserte Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, die insbesondere vorteilhafterweise zur zahnmedizinischen Röntgenstrahlendiagnose verwendet wird, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung intraoral angeordnet ist, aber es ist vorstellbar, daß sie auch bei anderen medizinischen oder diagnostischen Anwendungen und auch vorteilhafterweise für nichtmedizinische Anwendungen verwendet werden könnte.
• Gemäß der Erfindung ist eine Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen, mit: einer Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung mit strahlungsempfindlichen Detektorelementen, die in einem Feld von Reihen und Spalten angeordnet sind; einer Einrichtung, um Ladung von Elementen in zwei oder mehr Reihen zusammen zu summieren und daraus ein Ausgangssignal abzuleiten; einer Einrichtung, die das Ausgangssignal verwendet, um zu detektieren, wenn abzubildende Strahlung auf das Feld einfällt; und einer Einrichtung zur Einleitung der Bilderfassung, wenn die einfallende Strahlung detektiert wird.
• Festkörpervorrichtungen, wie CCDs, besitzen den Nachteil der Erzeugung eines thermisch basierten Signals, das als Dunkelstrom bekannt ist. In einem Röntgenstrahlensystem erzeugt die Bilderzeugungsvorrichtung während beispielsweise einer Warteperiode vor der Röntgenstrahlenexposition einen Dunkelstrom, der die Signalverarbeitungskapazität der Vorrichtung verwendet und diese Kapazität sogar vollständig ausfüllen kann, wobei kein Raum für Signalinformation belassen wird. Bei Beginn der Röntgenstrahlung muß daher die Vorrichtung von der Ladung geleert werden, die diese infolge der thermischen Erzeugung hält.
• Der Dunkelstrom verdoppelt sich annähernd alle 7ºC in Siliziumvorrichtungen und im zahnmedizinischen Gebrauch können CCDs mit einer Betriebstemperatur von bis zu 40ºC verwendet werden. Bei der vorher bekannten Anordnung, bei der der Signalausgang mit einem Referenzpegel verglichen wird, ist es daher erforderlich, diese Referenz bei einem relativ hohen Pegel einzustellen, um zuzulassen, daß sich Signale von dem 40ºC- Dunkelstrom und anderen Rauschmerkmalen abheben können. Wenn die Referenz zu niedrig eingestellt ist, kann ein falsches Auslösersignal bewirkt werden, wodurch ein mißlungenes Bild erzeugt wird und es erforderlich wird, daß der Patient einer wiederholten Exposition ausgesetzt werden muß.
• Durch die Verwendung der Erfindung kann die Bilderfassungsphase der Bilderzeugungsvorrichtung schneller eingeleitet werden, als bei der vorher bekannten Anordnung, bei der ein Signal, das von den Detektorelementen vor der Durchstrahlung mit Röntgenstrahlen getaktet wird, mit einem Schwellenpegel verglichen wird. Die Summierung der Ladung in zwei oder mehr Reihen gemäß der Erfindung sieht ein Signal mit größerer Größe vor, als es ansonsten der Fall wäre. Der Summiervorgang ist im wesentlichen rauschfrei und somit ist das Signal/Rausch-Verhältnis des Signales gesteigert und die Empfindlichkeit verbessert. Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung zur Summierung ein Register, in das Ladung nacheinander von zwei oder mehr Reihen übertragen wird, um diese zu summieren, und es ist auch eine Einrichtung zum Auslesen der summierten Ladung aus dem Register vorgesehen. Zusätzlich umfaßt die Einrichtung zur Summierung vorteilhafterweise eine Einrichtung, um die in verschiedenen Zellen des Registers gespeicherte summierte Ladung zusammen zu addieren. Somit kann das resultierende summierte Signal von der Ladung aus verschiedenen Reihen und Spalten abgeleitet werden.
• Es können einige oder alle Reihen des Feldes dazu verwendet werden, die summierte Ladung zu erzeugen, aus der das Ausgangssignal abgeleitet wird. Die gewählte Anzahl hängt von dem für die erwünschte Empfindlichkeit erforderlichen Signalpegel und der Zeit ab, die erforderlich ist, um die akkumulierte Ladung in das Register zu takten.
• Die Erfindung wird insbesondere vorteilhaft zur Röntgendurchstrahlung von Patienten für zahnmedizinische oder andere medizinische Verwendungen, wie beispielsweise Mammographie, verwendet, da sie zuläßt, daß Röntgenstrahlendosen auf das erforderliche minimale Niveau vermindert werden können. Die Dosis der Röntgenstrahlung, der der Patient ausgesetzt ist, ist minimiert, da die Bilderfassung näher an dem Beginn des Röntgenstrahlenimpulses gestartet wird. Strenge Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen legen fest, daß eine unnötige Exposition durch Röntgenstrahlung vermieden werden muß, und die Verwendung dieser Erfindung ermöglicht, daß diese Bedingungen erfüllt werden können.
• Obwohl die Erfindung insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen geeignet ist, kann diese auch bei anderen medizinischen und nichtmedizinischen Anwendungen vorteilhaft angewendet werden. Die Erfindung kann in Röntgenstrahlungssystemen oder mit anderen Typen von Hochenergiestrahlung verwendet werden.
• Es wird nun eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur schematisch eine Röntgenstrahlenbilderzeugungsanordnung für intraoralen zahnmedizinischen Gebrauch gemäß der Erfindung veranschaulicht.
• Wie in der Figur gezeigt ist, ist eine Röntgenstrahlenquelle 1 angeordnet, um einen Zahn oder ein anderes Objekt 2, das abgebildet werden soll, zu bestrahlen, hinter dem ein CCD angeordnet ist. Das CCD 3 umfaßt ein Feld von strahlungsempindlichen Detektorelementen 4, die in einem Feld von Reihen und Spalten angeordnet sind, ein Ausgangsregister 5 und einen Ladungsverstärker 6. Die Detektorelemente sammeln Ladung abhängig von der Intensität der Strahlung, die auf diese einfällt.
• Das Ausgangsregister 5, das Ladungsspeicherzellen 7 in einer Anzahl aufweist, die der Anzahl von Spalten in dem Feld entspricht, ist so ausgebildet, um Ladung aufnehmen zu können, die aus Elementen 4 an einer Reihe auf Reihenbasis getaktet sind. Eine Steuereinheit 8 legt geeignete Steuersignale an die Elektroden der Anordnung an, um die Ladungsübertragung auszuführen.
• Der Ausgang des Registers 5 ist über den Verstärker 6 mit einer Schwelleneinrichtung 9 verbunden. Eine Signalverarbeitungsschaltung 10 ist ausgebildet, um Signale von dem Register 5 aufnehmen zu können.
• Während einer Bereitschaftsperiode vor der Durchstrahlung des Objektes 2 mit der Röntgenstrahlenquelle 1 bewirkt ein Dunkelstrom Ladungen, die sich in den Elementen 4 des CCD 3 ansammeln. Bei dieser Anordnung sind drei Reihen an Ladung m0, ml und m² nacheinander in jeweilige Zellen 7 des Registers 5 durch die Steuereinheit 8 gesteuert getaktet. Die Ladung in jeder Zelle 7 ist somit die Summe an Ladung, die sich in drei Elementen einer entsprechenden Spalte angesammelt hat. Sobald die drei Reihen in das Register 5 übertragen worden sind, wird der Ausgang an den Verstärker 6 angelegt. Bei einer anderen Ausführungsform kann eine andere Anzahl von Reihen summiert werden.
• Die Schwelleneinrichtung 9 vergleicht das von den Elementen 4 abgeleitete Signal mit einem Schwellenpegel. Vor der Durchstrahlung durch die Röntgenstrahlenquelle 1 überschreitet das Signal den Schwellenpegel nicht und das CCD 3 wird im Bereitschaftsmodus gehalten. Wenn die Röntgenstrahlung auf die Strahlungsdetektorelemente 4 auftrifft, steigt die Ladung in diesen Elementen schnell an. Die summierte Ladung von dem Register 5, die über Verstärker 6 angelegt wird, ist dann größer, als der Schwellenpegel. Wenn dieser Zustand an einer Schwelleneinrichtung 9 detektiert wird, wird ein Startsignal an die Steuereinheit 8 übertragen, um den Bilderfassungsprozess des CCD beginnen zu können. Auch die Signalverarbeitungsschaltung 10 empfängt Bildinformation von dem CCD 3 zur Signalverarbeitung.
• Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die in jeder der Zellen 5 gespeicherte Ladung an dem Verstärker 6 zusammen summiert werden, um ein Signal mit hohem Ausgang zu erzeugen.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann Ladung sowohl in Reihen als auch Spalten summiert werden, um die Empfindlichkeit weiter zu verbessern.

Claims (8)

1. Bilderzeugungsvorrichtung mit: einer Festkörperbilderzeugungsvorrichtung (3), die strahlungsempfindliche Detektorelemente (4) umfaßt, die in einem Feld von Reihen und Spalten angeordnet sind; einer Einrichtung (7, 8), um Ladung von Elementen in zwei oder mehr Reihen zusammen zu summieren und daraus ein Ausgangssignal abzuleiten; einer Einrichtung (9) zur Verwendung des Ausgangssignales, um zu detektieren, wenn die abzubildende Strahlung auf das Feld einfällt; und einer Einrichtung (8) zur Einleitung einer Bilderfassung, wenn die einfallende Strahlung detektiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (7, 8) zur Summierung ein Register (5), in das Ladung nacheinander von den zwei oder mehr Reihen übertragen wird, um diese zu summieren, und eine Einrichtung (6) zum Auslesen der summierten Ladung aus dem Register umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung zur Summierung eine Einrichtung (6) umfaßt, um summierte Ladung, die in verschiedenen Zellen des Registers (5) gespeichert ist, zusammen zu addieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Einrichtung zur Verwendung des Ausgangssignales, um auf das Feld einfallende Strahlung zu detektieren, eine Einrichtung (9) umfaßt, um einen Schwellentest an das Ausgangssignal anzulegen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Festkörperbilderzeugungsvorrichtung ein CCD (3) ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung (3) derart ausgebildet ist, daß sie für Röntgenstrahlung empfindlich ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einer Quelle (1) an Röntgenstrahlung, die während des Gebrauchs so angeordnet ist, um ein Objekt (2) zu bestrahlen, hinter dem die Bilderzeugungsvorrichtung (3) angeordnet ist.

8. Zahnmedizinische Röntgenstrahlenanordnung mit einer Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.