FI98037C - Menetelmä röntgenkuvauslaitteen valotusarvojen mittaamiseksi kuvausarvojen automaattista säätöä varten - Google Patents

Description

98037

Menetelmä röntgenkuvauslaitteen valotusarvojen mittaamiseksi kuvausarvojen automaattista säätöä varten. - Förfarande för mätning av en röntgenbildanordnings exponeringsvärden för automatisk regiering av bildvärdena.

Keksinnön kohteena on menetelmä röntgenkuvauslaitteen valotus-arvojen mittaamiseksi kuvausarvojen automaattista säätöä varten, jossa menetelmässä kuvattavan kohteen läpäissyt säteily valottaa puolijohdeanturin erityisesti CCD-detektorin kuvapis-teitä, joihin muodostuu valotukseen verrannolliset varaukset.

CCD-röntgenlaitteissa samoin kuin filmin käyttöön perustuvissa röntgenlaitteissa on valotusta voitava säätää hallitusti, jotta kuva ei ylivalottuisi ja jotta toisaalta saataisiin diagnostiikan kannalta optimaalinen määrä eri harmaasävyjä.

CCD-ilmaisimen (Charge Coupled Device) käyttöön perustuvissa röntgenlaitteissa harmaasävyjen lukumäärä riippuu ilmaisimen ja vahvistinelektroniikan dynamiikasta sekä tuikeainekerroksen ja optiikan aikaansaamasta röntgenkvantti-fotoelektronikonversio-suhteesta. Mikäli ilmaisimelle tulevaa valotusta ei säädetä oikein, tapahtuu CCD:llä ylivalotustilanteessa kuvaelementeissä (pixeleissä) varauksen ylivuotoa viereisille pixeleille, jolloin kuva "tummenee" ja spatiaalinen erotuskyky pienenee. Ali-valotustilanteessa ei CCD:n signaali/kohinasuhdetta voida hyödyntää optimaalisesti, jolloin havaittavien harmaasävyjen määrä pienenee ja kuvan laatu heikkenee.

Esim. US-patenttijulkaisusta 5,142,557 tunnetussa menetelmässä valotus säädetään lukemalla valotuksen kestäessä jatkuvasti *:· CCD:n valoherkkää sarjarekisteriä (siirtämättä sinne tietoa :*·' kuvakentästä), jolloin oikean säteilyannoksen arviointi tapahtuu yksinomaan siirtorekisterin päälle osuneen säteilyn perusteella.

2 98037

Lisäksi on tunnettua säätää valotusta käyttämällä yhtä tai useampaa erillistä tuikeainekerroksen takana olevaa puolijoh-deilmaisinta, jonka antama signaali on verrannollinen valotuk-seen.

Aiemmin tunnettujen menetelmien heikkoutena on se, että valotuksen säätö joudutaan tekemään jonkin, kuvan valottumista huonosti edustavan pienen yksityiskohdan perusteella, jolloin oikean valotuksen saaminen on epävarmaa. Esimerkiksi edellä mainitussa US-patenttijulkaisussa valotuksen säätö tapahtuu CCD:n reunalle osuvan intensiteetin perusteella, jolla alueella ei välttämättä ole valotuksen säädön kannalta tärkeätä tietoa.

Oheen liitetyssä kuvassa on esitetty CCD:n kaaviokuva, johon viitaten seuraavassa selostetaan, miten kuvan muodostuminen CCD:llä tavanomaisesti tapahtuu. Fotonien annetaan osua CCD:n kuvakenttään valotusajan t. Valo aiheuttaa CCD:n pinnalla intensiteettiä vastaavan varauksen. Tämän jälkeen kuvakentän pixeleitä ohjataan sarjarekisterin suuntaan siten, että 1.rivin varaus siirtyy sarjarekisteriin, 2.rivin varaus ensimmäisen rivin kohdalle jne. Tiedon ulossaanti tapahtuu siirtämällä CCD:n sarjarekisterin pixeleitä antovahvistimen suuntaan, jolloin 1.pixelin varaus siirtyy antovahvistimeen 2.pixelin varaus siirtyy 1.pixelin kohdalle jne.

Antovahvistimessa varaus muutetaan jännitteeksi, joka vastaa kunkin pixelin päälle osuneen valon intensiteettiä. Kuva on kokonaisuudessaan luettu sitten, kun kaikki rivit on vuorotellen siirretty sarjarekisteriin ja kunkin pixelin varaus on siirretty antoon em. tavalla. Kuvan luku kestää tyypillisesti esim. 1024 * 1024 pixelin CCD:llä ja 1 MHz: n siirtotaa juudella : Γ 1 sekunnin.

Periaatteessa valotusta voitaisiin säätää ottamalla peräkkäisiä ·;·. kuvia eri virta-jännite-valotusaika-arvoilla ja valita iteroi- 3 98037 maila ne asetukset, jotka antavat parhaan tuloksen. Käytännössä tämä ei kuitenkaan ole mahdollista peräkkäisten kuvien ottamisen ja iteroinnissa kuluvan ajan takia. Myös tutkittavan henkilön saama kokonaisannos kasvaa peräkkäisten kuvien ottamisesta johtuen.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä CCD-röntgen-laitteen automaattisen valotuksen aikaansaamiseksi, jolla kudoskerroksen paksuudesta tai tiheydestä riippumatta voidaan estää ylivalotus sekä säätää valotus CCD:n dynamiikan kannalta optimaaliseksi. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan optimoida valotuksessa tarvittavat virta-jännite- ja valotusaika-arvot ja samalla minimoida tutkittavan henkilön saama säteilyannos .

Tämä keksinnön tarkoitus ja tavoite saavutetaan oheisessa patenttivaatimuksessa 1 esitettyjen tunnusmerkkien perusteella. Epäitsenäisissä vaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia sovellutusmuotoja.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä valotus säädetään siten, että CCD:tä valotetaan normaaliin kuvaustilanteen valotusaikaan verrattuna hyvin lyhyt ajanjakso, esimerkiksi 1024 *1024 pixelin CCD:lla 6 = to/1024 oletetusta tarvittavasta valotus-ajasta, tai valotus tehdään vastaavasti pienemmällä virta-asetuksella. Tämän jälkeen kaikki kuvakentän rivit siirretään sarjarekisteriin ilman, että sarjarekisteriin saatua varausta välillä siirretään CCD:n antoon. Näin meneteltäessä saadaan sarjarekisteriin kunkin pystyrivillä sijaitsevan varauksen summa. Esimerkiksi ajassa t = to/1024 saatu summavaraus edustaa ·: kullekin pystyriville ajassa t osuvan intensiteetin keskiarvoa, • · ·· sillä valotusaikaa on lyhennetty rivien lukumäärän mukaisella tekijällä. Edellä kuvatulla tavalla voidaan CCD lukea hyvin nopeasti, lukuajan ollessa 1024*1024 pixelin CCD:llä 1 MHz taajuudella 2 ms. Sarjarekisterin sisältö eli mainitut summavaraukset 4 98037 luetaan mittausarvoksi, jonka perusteella valotusarvot lasketaan. Valotuksessa tarvittavia parametreja voidaan säätää myös vertaamalla mitattuja ja optimaaliseksi tiedettyjä rivikohtai-sia arvoja keskenään.

Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä on mahdollista suorittaa CCD:n pinnalle tulleen kokonaisintensiteetin mittaaminen myös esimerkiksi kahden puolikuvan tai useamman osakuvan kohdalle osuneen valon perusteella. Tällöin parametrien arvioinnissa tarvittava valotusaika on arvioitu valotusaika (tai virta-arvo) jaettuna summattavien rivien lukumäärällä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on lisäksi mahdollista myös summata eri määrä saman valotuksen aikaansaaman kuvan rivejä yhteen. Jos esimerkiksi ensimmäisen puolikuvan siirtorekiste-riin summattu varaus aiheuttaa rekisterissä ylivuodon (sarja-rekisteriin mahtuu tyypillisesti kuvakentän neljän pixelin varaus), voidaan jäljellä olevan kuvan varaus summata sarja-rekisteriin (oikeiden valotusparametrien löytämiseksi) useampana eri kokoisena, vaikkapa 1/4-, 1/8-, 1/16- osakuvan muodostamana summana (binäärinen haku).

Edellä kuvatun menetelmän etuna on se, että CCD:n kuvakentän valinnaisen kokoisen alueen kuvapisteiden päälle osuvaa signaalia voidaan käyttää nopeasti hyödyksi röntgenlaitteen asetuksia säädettäessä. Tällöin kuvakentän paikalliset intensiteettivaih-telut eivät vaikuta haitallisesti valotusparametrien säätöön. Mainittu valinnainen alue voi koostua yhdestä tai useammasta suorakulmaisen muotoisesta alueesta, joka on osa kuvaukseen käytettävän CCD-detektorin kuvakenttää. Tällöin mittausarvoja ·; voidaan muodostaa puolijohdeanturin kuvakentän useilta valin-···1 *** naisilta osa-alueilta, ja näiden mittausarvojen perusteella voidaan määrittää kohteen likimääräinen koko. Tätä koon tai hahmon tunnistusta voidaan puolestaan käyttää valotusarvojen säätöön.

Claims (4)

5 98037 Kuvattavan kohteen alueella olevat poikkeamat voidaan myös havaita ja ottaa huomioon valotusarvoja säädettäessä. Tätä varten verrataan eri osa-alueilta saatuja mittausarvoja toisiinsa tai ennalta määrättyyn referenssiarvoon, jolloin voidaan havaita yksi tai useampi osa-alue, jolla on muusta kohteesta olennaisesti poikkeava signaalitaso tai signaalijakauma. Tällä keksinnön piirteellä on käyttöä erityisesti mammografiassa, mutta luonnollisesti röntgendiagnostiikassa yleensäkin. Keksinnön mukaiseen menetelmään kuuluu myös se, että CCD:n kaikkien kuvapisteiden päälle osuvaa signaalia voidaan haluttaessa käyttää nopeasti hyödyksi röntgenlaitteen asetuksia säädettäessä. Keksinnöllä saavutettava merkittävä etu on siinä, että kuva-kentän paikalliset intensiteettivaihtelut eivät vaikuta haitallisesti valotusparametrien säätöön. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan siten optimoida valotuksessa tarvittavat virta-jännite- ja valotusaika-arvot ja samalla minimoida tutkittavan henkilön saama säteilyannos. 1 i • · · · 6 98037

1. Menetelmä röntgenkuvauslaitteen valotusarvojen mittaamiseksi kuvausarvojen automaattista säätöä varten, jossa menetelmässä kuvattavan kohteen läpäissyt säteily valottaa puolijohdeanturin erityisesti CCD-detektorin kuvapisteitä, joihin muodostuu valo-tukseen verrannolliset varaukset, tunnettu siitä, että valotusarvojen mittaustulokset saadaan valinnaisen kokoiselta alueelta puolijohdeanturin kuvakenttää, jota valotetaan ennen varsinaista kuvausta lyhytaikaisesti tai pienellä säteilyinten-siteetillä verrattuna kuvauksessa käytettävään valotusaikaan tai säteilyintensiteettiin, ja mainittuun valotukseen verrannolliset varaukset siirretään mainitulta kuvakentän valinnaiselta alueelta riveittäin sarjarekisterin pikseleihin, joissa kuvakentän useamman rivin pikseleistä saadut varaukset summataan ennen kuin sarjarekisterin sisältö luetaan mainituksi mittausarvoksi, jonka perusteella kuvauksessa käytettävät valotusarvot lasketaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu valinnainen alue koostuu yhdestä tai useammasta suorakulmaisen muotoisesta alueesta, joka on osa kuvaukseen käytettävän CCD-detektorin kuvakenttää.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan mainittuja mittausarvoja puolijohdeanturin kuvakentän useilta valinnaisilta osa-alueilta ja määritetään näiden mittausarvojen perusteella kohteen likimääräinen koko, jonka perusteella säädetään valotusarvoja.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, t u n -n e t t u siitä, että muodostetaan mainittuja mittausarvoja puolijohdeanturin kuvakentän useilta valinnaisilta osa-alueilta ja eri osa-alueilta saatuja mittausarvoja verrataan toisiinsa tai ennalta määrättyyn referenssiarvoon ja kun havaitaan yksi • i im emi m i m 7 98037 tai useampi osa-alue, jolla on muusta kohteesta olennaisesti poikkeava signaalitaso tai signaalijakauma, säädetään valotus-arvoja poikkeaman huomioonottamiseksi. t * · »»·· 8 98037 Patenbkrav