NL8303262A - Omzetinrichting. - Google Patents

Description

4 * 9 * -1- VO 4967

Omzetinri dating.

De meeste moderne röntgens rralenti trus ring in ziekenhuizen registreren niet slechts beelden op radiografische platen, doch kunnen ook een secondair lichtbeeld op een scintillatiescherm vormen, dat direkt kan worden waargenomen, met een stilstaande of bewegende beeldcamera 5 kan worden gefotografeerd of waarbij, zoals voor de uitvinding van belang is, het secondaire lichtbeeld kan worden waargenomen met een "flying spot-aftastinri dating, die het secondaire beeld omzet in overeenkomstige elektrische signalen voor weergave op bijv. een kathode-straalbuis. De uitdrukking "flying spot"-aftastinrichting omvat onder-10 meer mechanische, fotoelektrische facsimile-aftastinrichtingen, tele-visiecamerabuizen van alle typen, beeldversterkers, lineaire en opper-vlakte-vaste-toestands, fotoelektrische waarneeminrichtingen,welke van buitenaf worden afgetast of met zeif-aftasting werken, zoals zelf-aftastende fotodiodestelsels, ladingsinjectieinrichtingen en la-15 dings gekoppelde inrichtingen (bijv. Fairchild CCD, Palo Alto, Calif omië) en soortgelijke aftastinrichtingen.

Al deze "flying-spot"-aftastinrichtingen berusten op het fotoelektrische effekt, terwijl een scintillatiescherm het secondaire lichtbeeld daarvan door luminescentie verschaft. Dientengevolge ver-20 schillen het dynamische gebied van de aftastinrichtingen en van het scherm aanzienlijk. Het dynamische gebied is de verhouding van het meest heldere tot het minst heldere lichtpunt van een beeldbron, zoals het scintillatiescherm, of de verhouding tussen de grootste en kleinste lichtintensiteit, waartussen een "flying-spof'-aftastinrichting ver-25 schil kan maken. Het dynamische gebied van het scherm zal worden beïnvloed door het type röntgenstralenprocedure, de röntgenstralenbuis-spanning, de afmetingen en proporties van been-weefsel en lucht van het voorwerp. Het licht uit een scintillatiescherm kan, wanneer men rekening houdt met de verliezen in het lenzenstelsel, waarmede het beeld op de 30 aftastinrichting wordt geprojecteerd, over het beeld variëren met een dynamisch gebied van 1000. Een typerende televisiecamerabuis voor dergelijke lage licntniveau's heeft over een dynamisch gebied van slechts 100 tot 150 een lineaire responsie. Derhalve kan een typerende camera-buis op slechts een fraktie, bijv. een tiende van het dynamische licht-35 gebied van een beschikbaar scintillatiescherm lineaire reageren. Het 8 ύ ü v £ o 2 * · -2- is duidelijk, dat details, resolutie en contrast verloren gaan bij het omzetten van het scintiiiatiebeeld in elektrische signalen.

Naast de optische ondoeltreffendheid van het lenzenstelsel, waarmede het scintiiiatiebeeld op de aftastinrichting wordt geprojecteerd, 5 wordt het door de buis ontvangen licht niet slechts in het algemeen doch meer in het bijzonder gereduceerd door een werking volgens de cosinus-wet, waarbij licht vanuit de hoeken van het scintillatiescherm-beeld, die het verst van het midden van het scherm zijn gelegen, wordt gereduceerd. De bepaalde lichtreductie vervormt en reduceert het con-10 trast in de gedeelten van het elektrische signaal en de weergave, overeenkomende met de hoeken van het scintiiiatiebeeld.

Derhalve beoogt de uitvinding te voorzien in een elektro-optische inrichting, die in hoofdzaak het volle dynamische gebied van lichtintensiteitswaarden over het gehele beeldgebied weergeeft.

15 Een .inrichting volgens de uitvinding voor het omzetten van een beeldgebied met een gebied van lichtintensiteitswaarden in het gebied in elektrische signalen omvat twee of meer elektro-optische organen, welke het beeldgebied waarnemen en voorzien zijn van optische organen, die het licht uit het beeldgebied verdelen, en elektrische 20 responsieve organen, welke elektrische signalen opwekken, die resp. overeenkomen met lichtintensiteiten van het waargenomen gebiéd.

Bij een meer specifiek aspect nemen de respectieve elektro-optische organen in hoofdzaak verschillende gedeelten van het beeldgebied, zoals de vier kwadranten van een rechthoekig secondair beeldge-25 bied waar. Bij een andere uitvoeringsvorm nemen de meervoudige elektro-optische organen in hoofdzaak hetzelfde gebied waar en werkt elk elek-tro-optisch orgaan elektrische signalen op, welke overeenkomen met verschillende gebieden van lichtintensiteit.

De uitvinding zal onderstaand nader.worden toegelicht on-30 der verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: figuur 1 een optisch schema van een röntgenstralenstelsel, dat voorziet in een zichtbaar beeld, volgens de uitvinding, waarbij constructieve onderdelen, waaronder een beweegbaar masker, schematisch zijn aangegeven; 35 figuur 2 een aanzicht langs de stralingsas van figuur 1; en figuur 3 en 4 optische schema's van andere uitvoeringsvormen ^ r 0 3 9 V -. <L/ Ls» V iam -3- « * volgens de uitvinding.

Bij het röntgenstralenstelsel volgens figuur 1 en 2 besnaar de röntgenstralingsbron uit de brandspuntsvlek X op de anode a van een röntgenstralenbuis XT. Vanuit de bron X wordt een pyramidevormige of 5 kegelvormige bundel B langs een stralingsas Al door de plaats p van een voorwerp, zoals een menselijke patient, op een voor röntgenstralen doorlaatbare ondersteuningstafel T uitgezonden. Achter de piientplaats P bevindt zich een röntgenstralenopvanginrichting R met een voor röntgenstralenresponsies afbeeldgebied of -vlak IA met een breedte W. Meer in 10 het bijzonder bestaat de opvanginrichting uit een scintillatie-scherm, dat bij ontvangst van röntgenstraling zichtbare secondaire straling emitteert, doch men kan ook gebruik maken van andere bekende straiings-opvanginrichtingen, zoals een film. Het secondaire stralingsbeeld in het gebied IA wordt langs de as Al waargenomen door elektro-optische 15 verbruiksorganen, welke een van de eerder genoemde "flying-spot"-af- tastinrichtingen omvatten, zoals een videocamerabuis VT, die het secondaire beeld omzet in een raster van elektrische videosignalen, overeenkomende met het voorwerp, dat wordt onderzocht en een lenzenstelsel L, dat het secondaire beeld op het lichtresponsieve oppervlak aan het 20 cntvangeinde van de buis VT projecteert. Het secondaire beeld kan ook door optische vezels op een fotodiodestelsel worden geprojecteerd.

De röntgenstralenbuis XT is gemonteerd op een eerste wagen 2, die op een hoofdstel 1 een heen en weer gaande beweging naar en vanaf de patientpositie P kan uitvoeren. De ontvanginrichting R en het elek-25 tro-optische stelsel, de lens L en de videobuis VT, zijn gemonteerd op een tweede wagen 3, die op een soortgelijke wijze heen en weer beweegbaar op het hoofdgestel 1 wordt ondersteund. De patienttafel T wordt gewoonlijk onafhankelijk van het hoofdgestel 1 en de wagens 2, 3 ondersteund, zoals bijv. is aangegeven in het Amerikaanse octrooischrift 30 3.892.967.

De röntgenstralenbundel B wordt gedeeltelijk onderschept door een voor röntgenstraling ondoorlaatbaar masker, dat voorzien is van een eerste roteerbare schijf Dl, welke meer in het bijzonder is voorzien van vier róntgenstralendoorlatende spleten of vensters Wl. Zoals aangegeven 35 in figuur 2, zijn de vensters Wl sektorvormig en zullen zij een waaiervormige aftastende röntgenstralenbundel F doorlaten, terwijl de schijf ö τ n - 9 $ o

; - v ./ i., --V

ψ « -4-

Dl de rest van de kegelvormige bundel B ten opzichte van de opvanginrichting R maskeert. De vensters kunnen evenwel ook bestaan uit rechthoekige spleten met evenwijdige zijden in een band, die zich lineair of heen en weer beweegbaar door de röntgenstralenbundel B 5 beweegt. Hierna heeft de uitdrukking "vensterbreedte" betrekking op de gemiddelde breedte van een sektorvormig venster of de constante breedte van een rechthoekig venster. Een soortgelijke doch grotere roteerbare schijf D2 met vier lichtdoorlatende vensters W2 bevindt zich tussen de lens L en de videobuis VT voor het beeldvlak van de 10 lens L. De twee schijven Dl, D2 worden door respectieve synchrone motoren Ml, M2 om een gemeenschappelijke as A2 geroteerd. Zoals aangegeven in figuur 2, zijn de vensters Wl, W2 van de schijven optisch gesuperponeerd, zodat aangezien het eerste schijfmasker Dl synchroon wordt aangedreven door verbinding via een snelheidsregelaar 5 met door 15 een klok geregelde wisselstroomvoedingsklemmen p, de tweede schijfven-sters W2 het secondaire beeldgebied IA in hoofdzaak gelijktijdig met de aftasting van hetzelfde gebied door de eerste schijfvensters 1 aftasten. De X-Y-afbuigketen 4 voor de videobuisaftastinrichting is eveneens met de synchronisatiebesturingsklemmen p verbonden, zodat de 20 aftasting daarvan met de maskerorganen is gecoördineerd. Met een scin-tillatiescherm met een zeer korte beeldpersistentie geschiedt de aftasting door de videobuis in hoofdzaak simultaan met de aftasting door de maskers. De opvanginrichting kan evenwel zijn voorzien van een secondaire beeldopzamelinrichting.

25 De röntgenstralenbuis XT wordt bekrachtigd door een elektro nische röntgenstralenbelichtingsregelaar 7, die via de motor Ml met de voedingsklemmen p is gekoppeld. Ter illustratie is een mechanische analogon van de elektronische regelaar weergegeven. Het analogon omvat een roteerbare nok 6, welke een schakelaar S synchroon met de schijf 30 Dl sluit, zodat de röntgenstralenbelichtingsregelaar 7 in responsie op het sluiten van de schakelaar S de röntgenstralenbuis XT in hoofdzaak slechts bekrachtigt gedurende de perioden waarin de röntgenstralenmasker-vensters Wl doorlaatbaar zijn voor röntgenstralen naar het beeldgebied IA van de opvanginrichting en niet wanneer de uitgezonden waaiervormige 35 bundel zich achter het beeldgebied bevindt, waardoor derhalve de energie-eisen en de verstrooide röntgenstraling worden gereduceerd en het instantane vermogen van de buis wordt vergroot.

—t =— .Λ ^ H , * · . < V £· -5- <· *

Zoals aangegeven in figuur 3, kan een belangrijke verbetering in rendement van het elektro-optisohe stelsel van de iensoptiek er. de "£lying-spot"-aftastinrichting worden gerealiseerd, indien een aantal lenzen en aftastinrichtingen discreet en gescheiden gebieden van het 5 secondaire beeld van de opvanginrichting R in het vlak IA waarnemen.

Bij voorkeur wordt het beeldgebied verdeeld in vier kwadranten, die resp. worden waargenomen door vier elektro-optische stelsels LI, VT1; L2, VT2; L3, VT3; en L4, VT4, waarbij de derde en vierde van deze stelsels zich, beschouwd in figuur 3 achter de eerste en tweede stelsels 10 bevinden, De vier video-buizen worden bestuurd door een X-Y afbuigketen 4x, welke is gemodifieerd om de aftasting van de resp. buizen zodanig te synchroniseren, dat de aftastlijnen doeltreffend op elkaar aansluiten wanneer men van een kwadrant van het beeldgebied naar een ander kwadrant overgaat. De respectieve uitgangssignalen van de vier aftastbuizen 15 worden toegevoerd aan een weergeefinrichting 8, zoals een kathodestraal-buis, en wel met hetzelfde synchronisme als de aftasting, teneinde de vier beeldkwadranten volgens een continu weergegeven beeld opnieuw op te bouwen.

Elk van de vier lenzen is zodanig opgesteld, dat de hoeken 20 van het respectieve kwadrant worden waargenomen onder een kleinere hoek, waardoor de cosinuswetdemping van de helderheid bij de hoeken van het gehele gebied wordt gereduceerd. Voorts heeft elk van de vier lenzen L1-L4 een aanmerkelijk kleinere brandpuntsafstand van de enkele lens L van figuur 1 en 4 en kan de lens sneller zijn in verband met de klei-25 nere'brandpuntsafstand. Bovendien wordt de signaal-ruisverhouding van het beeld in de weergeefinrichting 11 sterk verbeterd door het scintillatie-schermbeeld met een aantal lenzen en aftastbuizen waar te nemen.

Bij de inrichting volgens figuur 4 wordt een secondair beeld door röntgenstralen in het beeldgebied van een stralingsopvanginrichting 30 R gevormd, zoals boven is beschreven. Het beeld in het gebied IA wordt door een lenzenstelsel, voorgesteld door de enkele lens Ll, via een halve reflector M geprojecteerd op de licht responsieve gebieden van twee videocamerabuizen VT5 en VT6. D.w.z., dat de beide camerabuizen in hoofdzaak hetzelfde gebied van de opvanginrichting R waarnemen. De 35 halve reflector M,bijv.een korrelspiegel, draagt een fraktie van het licht van het secondaire beeld naar de eerste camerabuis VT5 over en reflec- iw V 'V ~J -*» '** -6- teert de resaterende fraktie naar de tweede buis VT6. Een korrelspiegel bestaat uit een zeer dun transparant menibraan, dat door een vlak metalen gestel wordt ondersteund. De verhouding var refleetertie tot trans-mittantie wordt bepaald door het in vacuo opdampen van de bekleding 5 van een metaal, zoals zilver of aluminium. De verhouding tussen het overgedragen en gereflecteerde licht kan worden gevarieerd door spiegels met verschillende mate van reflectie te kiezen, zodat de lichtintensiteiten, welke de videobuizen VT5 en VT6 treffen, overeenkomen met verschillende, ofschoon bij voorkeur elkaar overlappende gebieden van licht-10 intensiteiten van het waargenomen beeldgebied. De aftasting door de beide videobuizen wordt gesynchroniseerd of op een andere wijze gecoördineerd door een gebruikelijke X-Y-afbuiggenerator 4, die met de beide buizen is verbonden. De elektrische signalen, die door de beide buizen worden opgewekt worden via verbindingen toegevoerd aan een 15 rekeninrichting 10, welke is voorzien van een menginrichting om de respectieve signalen te combineren, teneinde het oorspronkelijke beeldgebied langs elektrische weg opnieuw op te bouwen en het resulterende gemengde signaal via een koppeling over te dragen naar een weergeef-inrichting' 11 voor het weer te geven beeld.

20 Zoals reeds is vermeld, kunnen de lichtintensiteiten in het

beeldgebied IA zich uitstrekken over een dynamisch gebied van 1000, terwijl het gebied van de videobuizen VT5, VT6 slechts 100 kan bedragen. Indien het scintillatiescherm (IA van figuur 4) bijv. van het bekende Gd2C>2S-type is en indien een scintillatielichtbeeld met een dynamisch 25 gebied van 1000 door een lens op een vlak van een enkele siliciumver-sterkingsdoelwitbuis met laag lichtniveau (SIT), zoals de RCA 4804/H

wordt gefocusseerd, kan de buisvlakbelichting meer in het bijzonder lig- -5 -2 gen in het gebied van 1x10 tot 1x10 lumen per vierkante voet, hetgeen bij benadering 10 maal groter is dan het lineaire responsiegebied 30 van de buis. Wanneer men echter bijv. een halve reflector M kiest, welke 90% van het invallende beeldlicht naar de eerste videobuis VT5 overdraagt en 10% naar de tweede buis reflecteert, zal de eerste videobuis dan licht in een dynamisch gebied van 0,9 honderdduizendste tot 0,9 honderdste ontvangen, bij benadering het dynamische gebied van 1000 35 van het scintillatiebeeld. In dit gebied zal de eerste buis getrouw reageren op slechts de intensiteiten van 0,9 duizendste tot 0,9 honderd- O ~ ^ Λ 9 ”j V* ^ -7- duizendste, het onderste honderdste gedeelte van het dynamische beeld-gebied. De tweede videobuis VTo zal evenwel licht ontvangen, overeenkomende met het volledige dynamische gebied van het beeld, doch gereduceerd tot 10% van de intensiteit door de geringe reflectantie van 5 de halve reflector M. Tengevolge van de tienvoudige reductie van de beeldlichtintensiteit ligt de maximale intensiteit van het gereflecteerde beeld binnen het gebied van VT6. Derhalve reageren de twee buizen tezamen in hoofdzaak op het volledige dynamische gebied van 1000 van het beeldgebied, alles binnen het vermogen van hun individuele dyna- 10 mische gebieden van 100. Meer nauwkeurig uitgedrukt wordt het dyna- -5 -2 mische beeldgebied van 10 tot 10 lumen per vierkante voet bestreken -5 -3 door het dynamische gebied van 0,9x10 tot 0,9x10 van de videobuis 4 en het dynamische gebied van de tweede buis VT6, eveneens 0,9x10 -3 tot 0,9x10 . Het meer heldere gedeelte van het beeldgebied wordt met 15 grote getrouwheid door de eerste buis in elektrische signalen omgezet en het minder heldere gedeelte wordt omgezet door de tweede buis, waarbij een overlapping van de effectieve dynamische gebieden van een orde -4 -3 tussen 0,9x10 en 0,9x10 lumen per vierkante voet aanwezig is.

Derhalve vergroot het gebruik van de twee buizen, elk met 20 een gebied van 100, het gebied van de twee buizen niet tot 100+100=200 2 doch bijna met de macht van twee, d.w.z. bijna 100 =10.000. Bij drie buizen wordt het gebied tot bijna de derde macht, d.w.z. bijna 100^= 1.000.000 vergroot. Licht uit het beeld wordt over de drie buizen verdeeld door gekruiste halve reflectoren fen extra korrelspiegel onder 25 90° ten opzichte van de in figuur 4 afgebeelde spiegel M) . Wanneer een aantal buizen met halve reflectoren worden toegepast, kan de verhouding tussen overdracht en reflectie zodanig worden gekozen, dat wordt voldaan aan de respectieve dynamische huisgebieden, welke nodig zijn voor het bestrijken van het beeldgebied.

30 Onafhankelijk van hoeveel videobuizen het beeldgebied waar nemen, worden de signalen daarvan evenwel continu bewerkt door de rekeninrichting 10, welke is voorzien van organen om steeds een signaal tegelijkertijd aan de weergeefinrichting 11 toe te voeren, wanneer de buizen het beeld vlek voor vlek aftasten. Bij de inrichting volgens figuur 35 4 wordt het signaal uit een buis met een dynamisch gebied voor de poort- werking gekozen, wanneer de op dat moment afgetaste vlek een intensiteits-r* "-· 7 7 · . ') _____ ♦ -8- waarde heeft, welke groter of kleiner is dan een overkruisingsintensi-teitswaarde in de overlapping of begrenzing van het naastgelegen dynamische gebied van een andere buis· Wanneer de intensiteit van achtereenvolgens afgetaste vlekken de overkruisingswaarde passeert naar een 5 waarde in het gebied van een andere buis, wordt het signaal van deze andere buizen naar de weergeefinrichting gepoort. Derhalve wordt een continu signaal, dat afwisselend uit twee of meer buizen wordt afgenomen, weergegeven.

8303202 __ i

Claims (18)

1. Inrichting voor het omzetten van een beeldgebied met een gebied van iichtintensireitswaarden in het gebied in elektrische signalen, gekenmerkt door twee of meer elektro-optische organen, die het beeldgebied waarnemen en zijn voorzien van optische organen, die het 5 licht uit het beeldgebied verdelen, en elektrisch responsieve organen, welke elektrische signalen opwekken, die resp. overeenkomen met lichtintensiteiten uit het waargenomen gebied.

2. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door door een rekeninrichting bestuurde organen voor het langs elektrische weg 10 combineren van de respectieve gebiedsignalen voor het opnieuw opbouwen van het beeldgebied.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de combinatieorganen zijn voorzien van organen, die opeenvolgende gebiedsignalen met elkaar versmelten voor het opnieuw opbouwen van achtereen- 15 volgens opgewekte gebiedsignalen.

4. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de combinatieorganen zijn voorzien van organen, die de respectieve gebiedsignalen op een doeltreffende wijze superponeren.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 20 waameemorganen bestaan uit "flying-spot"-aftastinrichtingen en zijn voorzien van organen om de vlekaftasting te regelen.

6. Inrichting volgens conclusie 2, niet het kenmerk, dat de waameemorganen bestaan uit "flying-spot"-aftastinrichtingen en zijn voorzien van organen om de vlekaftastinrichtingen en de combinatie- 25 organen te coördineren.

7. Inrichting volgens conclusie 1, voorzien van een röntgenstralenbron, met het kenmerk, dat het beeldgebied zich bevindt op een scintillatiescherm, dat in responsie op röntgenstralen een secondair beeld in het gebied vormt.

8. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door organen om de elektrische signalen te gebruiken.

9. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door een weergeef inrichting voor de elektrische signalen.

10. Inrichting volgens conclusie 9, voorzien van een röntgen- 35 stralenbron, met het kenmerk, dat het beeldgebied zich bevindt op een scintillatiescherm, dat in responsie op röntgenstralen een secondair £ TT - ~ ς 9 _ -10- * beeld in het gebied vormt.

11. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tenminste twee elektro-optische organen aanwezig zijn om in hoofdzaak hetzelfde beeldgebied waar te nemen, waarbij elk elektro-optisch orgaan 5 is voorzien van lichtresponsieve organen, welke elektrische signalen opwekken, die overeenkomen met verschillende gebieden van de lichtintensiteit in het beeldgebied.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de elektro-optische organen zijn voorzien van optische organen om 10 licht uit het beeldgebied over de respectieve lichtresponsieve organen te verdelen.

13. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de elektro-optische organen zijn voorzien van een halve reflector, welke licht uit het beeldgebied ontvangt en verschillende intensiteitspropor- 15 ties van het ontvangen licht over respectieve lichtresponsieve organen verdeelt, zodat de respectieve elektro-optische organen verschillende effectieve gebieden van responsie voor het licht in het beeldgebied bezitten.

14. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat 20 de effectieve responsiegebied van de respectieve elektro-optische organen zich in hoofdzaak over het gebied van de lichtintensiteitswaarden in het beeldgebied uitstrekken.

15. Inrichting volgens conclusie 1, met hetkenmerk, dat een aantal elektro-optische organen aanwezig is om in hoofdzaak ver- 25 schillende gedeelten van het beeldgebied waar te nemen.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de elektro-optische organen uit "flying-spot"-aftastinrichtingen bestaan.

17. Inrichting volgens conclusie 16, gekenmerkt door gemeen- 30 schappelijke aftastafbuigorganen, die het aantal aftastinrichtingen besturen.

18. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat vier "flying-spot"-aftastinrichtingen respectieve kwadranten van de secondaire beelden waarnemen. u O v v, ., -