NL9002651A - Roentgenbeeldsysteem. - Google Patents

Description

De uitvinding heeft betrekking op een röntgenbeeldsysteemvoorzien van een röntgenbron voor uitzending van een röntgen-bundel, een met de röntgenbron verbonden voedingseenheid, eenröntgendetector voor omzetting van de röntgenbundel in eenlichtbeeld, een televisie-opneeminrichting voor omzetting vanhet lichtbeeld in een videosignaal, een met de televisie-opneeminrichting verbonden detectie-inrichting voor vormingvan een controlesignaal uit het videosignaal, waarbij dedetectie-inrichting met een uitgang is verbonden met de voe¬dingseenheid ter instelling daarvan en een weergeefeenheid dievia een versterker met de uitgang van de televisie-opneemin¬richting is verbonden.

Een dergelijk röntgenbeeldsysteem is bekend uit hetAmerikaanse octrooischrift US 4,101,776.

In dit octrooischrift is een röntgenbeeldsysteem beschre¬ven dat een tweetal regellussen omvat. De eerste regellus iseen automatische dosisregellus, die de door de röntgenbrongegenereerde dosis zodanig instelt dat de gemiddelde door detelevisie-opneeminrichting gedetecteerde lichtintensiteitconstant is. Uit het door de televisie-opneeminrichting gege¬nereerde videosignaal wordt door de detectie-inrichting binneneen geselecteerd meetveld van het videobeeld een maximale ofeen gemiddelde waarde van het videosignaal bepaald. Dezewaarde wordt als een controlesignaal toegevoerd aan de voe¬dingseenheid van de röntgenbron en regelt de waarden van dehoogspanning en de stroom door de cathode van de röntgenbron.Op deze wijze worden voor objecten die onderling verschillenin röntgenabsorptie, videosignalen verkregen die dezelfdegemiddelde waarde of topwaarde hebben. Het videosignaal wordtvia een versterker die deel uitmaakt van de tweede regellus,een automatische versterkingsregellus, toegevoerd aan een televisiemonitor. Het uitgangssignaal van de versterker wordtbijvoorbeeld aan een verdere detectie-inrichting toegevoerddie de gemiddelde waarde van het videobeeld binnen een daaringelegen meetveld bepaalt. Het uitgangssignaal van de verderedetectie-inrichting wordt bijvoorbeeld toegevoerd aan eencomparator waarvan een ingang is verbonden met een referentie-spanning. De uitgang van de comparator is verbonden met deinstelklem van de versterker, waardoor de versterkingsfaktorwordt bijgeregeld zodat het gemiddelde niveau van het aan detelevisiemonitor toegevoerde signaal constant is. Door toepas¬sing van een automatische versterkingssregellus blijft dehelderheid van het beeld op de televisiemonitor ook constantwanneer bij zeer dikke of sterk stralingsabsorberende objectende automatische dosisregellus de dosis niet hoog genoeg kanopvoeren om een voldoende gemiddelde lichtintensiteit op hetingangsscherm van de televisie-opneeminrichting te verkrijgen.Een bovengrens aan de door de dosisregellus in te stellen endoor de röntgenbron te genereren dosis kan zijn gegeven door¬dat relatief dikke objecten veel strooistraling genererenwaardoor het contrast in het röntgenbeeld wordt gereduceerd,zodat door dosisverhoging geen contrastverbetering wordtbereikt. Verder stelt de maximale belasting van de röntgenbroneen bovengrens aan de instelbare dosis. Een verder voordeelvan een automatische dosisregellus treedt op bij dynamischebeeldvorming, dat is, beeldvorming op het moment dat de rönt¬genbron wordt geactiveerd of op het moment dat een object metlokale verschillen in röntgenabsorptie in de röntgenbundelwordt verplaatst. In deze gevallen regelt de automatischedosisregellus de stroom en de hoogspanning van de röntgenbronbij totdat de lichtintensiteit op het ingangsscherm van detelevisie-opneeminrichting een voorbepaalde constante waardeheeft bereikt. Wanneer bij het inschakelen van de röntgenbronde dosis toeneemt, doet de automatische versterkingsregellusde versterkingsfaktor van het aan de televisiemonitor toege¬voerde videosignaal eveneens toenemen, zodat al tijdens deinstelperiode van de automatische dosisregellus op de televi- siemonitor een beeld met de gewenste gemiddelde helderheidverschijnt. De tijdconstanten van de automatische verster¬kingsregellus en de automatische dosisregellus zijn ongeveergelijk en zijn van de orde van grootte van 100-200 ms, hetgeenovereenkomt met 5-10 frameperioden van een televisiebeeld,waarbij een frame wordt gevormd door twee geïnterlinieerdevelden. De velden worden met een frekwentie van 50 of 60 Hz opde televisiemonitor weergegeven. Doordat de röntgendosis en deversterkingsfaktor van het aan de televisiemonitor toegevoerdevideosignaal gelijktijdig toenemen, treedt in het videosignaaleen piek op die als een storende flits in het röntgenbeeldwordt waargenomen.

De uitvinding beoogt onder meer te voorzien in een rönt-genbeeldsysteem waarbij tijdens dynamische beeldvorming sneleen röntgenbeeld van goede kwaliteit wordt verkregen. Hiertoeheeft een röntgenbeeldsysteem volgens de uitvinding tot ken¬merk, dat ter instelling van een versterkingsfaktor van deversterker de detectie-inrichting met een uitgang is verbondenmet een instelklem van de versterker.

Door directe instelling van de versterkingsfaktor van deversterker door de detectie-inrichting, bereikt het aan detelevisiemonitor toegevoerde videosignaal snel zijn gewenstegemiddelde waarde of topwaarde, nagenoeg zonder dat dezewaarden een overshoot vertonen zoals bij toepassing van debekende automatische versterkingsregellus gebeurt. Doordat hetaan de televisiemonitor toegevoerde videosignaal snel op dejuiste waarde wordt ingesteld, zijn de eerste bruikbare rönt-genbeelden in een röntgenbeeldsysteem volgens de uitvindingreeds na 0.17 seconden na aktivering van de röntgenbron be¬schikbaar in tegenstelling tot het bekende röntgenbeeldsysteemwaarin onder gelijke condities 0.45 s nodig zijn voor juisteinstelling van het aan de televisiemonitor toegevoerde video¬signaal door de automatische versterkingsregellus. Hierdoorvindt een efficiënter gebruik van de aan het object toegedien¬de stralingsdosis plaats, hetgeen in het licht van de mogelijkschadelijke werking van röntgenstraling op levende organismen, bij medische diagnostiek een groot voordeel is.

Een uitvoeringsvorm van een röntgenbeeldsysteem volgensde uitvinding heeft als kenmerk, dat de detectie-inrichtingmet een uitgang is verbonden met een deler voor vorming van deversterkingsfaktor aan een deleruitgang, welke versterkings-faktor evenredig is met de reciproque van het aan de delertoegevoerde controlesignaal en waarbij de deleruitgang isverbonden met de instelklem van de versterker.

Het van de televisie-opneeminrichting afkomstige video¬signaal, verder aangeduid als het camerasignaal, wordt door dedeler gedeeld door een topwaarde of gemiddelde waarde die inde detectie-inrichting gedurende een bemonsteringstijd isbepaald, bijvoorbeeld gedurende een frameperiode (40ms) of eenfieldperiode (20 ms). In statische situaties, waarbij degemiddelde lichtintensiteit op het ingangsvlak van de televi¬sie-opneeminrichting constant is, verschijnt aan de verster-keruitgang een genormaliseerd videosignaal. In dynamischesituaties verschillen de gemiddelde waarden of piekwaarden vanhet door de televisie-opneeminrichting in opeenvolgende frame-of fieldperioden gegenereerde videosignalen onderling, waar¬door een kleine afwijking van het genormaliseerde videosignaalontstaat, die afhangt van het verschil in gemiddelde helder¬heid of piekhelderheid tussen twee opeenvolgende frames offields.

Een verdere uitvoeringsvorm van een röntgenbeeldsysteemvolgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de detectie-inrichting ten minste twee detectiemodules omvat die elk meteen ingang zijn verbonden met de televisie-opneeminrichting,waarbij een eerste detectiemodule met zijn uitgang is verbon¬den met de voedingseenheid en een tweede detectiemodule metzijn uitgang is verbonden met de instelklem van de versterker.

Doordat de automatische dosisregeling en de versterkings¬faktor van het aan de televisiemonitor toegevoerde videosig¬naal onafhankelijk instelbaar zijn, kan bijvoorbeeld doorpiekwaardedetectie binnen een meetveld in de eerste detectie¬module en door detectie van de gemiddelde waarde binnen een tweede meetveld in de tweede detectiemodule een optimalebeeldkwaliteit bij een zo gering mogelijke dosis worden ver¬kregen. Voorts kan het regelgedrag van de automatische dosis-regellus worden ingesteld door aanpassing van de grootte en deplaats van het meetveld van de tweede detectiemodule binnenhet videobeeld.

Enkele uitvoeringsvormen van een röntgenbeeldsysteemvolgens de uitvinding zullen nader worden toegelicht aan dehand van bijgevoegde tekening. In de tekening toont:

Fig 1 een schematische weergave van een bekend röntgen¬beeldsysteem,

Fig 2a en 2b de topwaarde van het door de televisie-opneeminrichting gegenereerde videosignaal en het aan detelevisiemonitor toegevoerde videosignaal bij toenemendestralingsdosis in een bekend röntgenbeeldsysteem,

Fig 3 een schematische weergave van een röntgenbeeldsys¬teem volgens de uitvinding,

Fig 4 gemeten responsie een röntgenbeeldsysteem volgensde uitvinding op een lineair toenemende stralingsdosis,

Fig 5 de topwaarde van het aan de televisiemonitor toege¬voerde videosignaal in een röntgenbeeldsysteem volgens deuitvinding bij een volgens figuur 2a toenemend videosignaalvan de televisie-opneeminrichting, en

Fig 6 een blokschema van een detectie-inrichting volgensde uitvinding.

Figuur 1 toont een röntgenbeeldsysteem met een röntgen-bron 2 die een röntgenbundel 4 uitzendt waarmee een object 6wordt doorstraald. Met een röntgendetector 8, bij voorkeur eenröntgenbeeldversterker, wordt de door het object 6 lokaal inintensiteit gemoduleerde röntgenbundel omgezet in een licht¬beeld dat op een uitgangsscherm van de röntgenbeeldversterkerverschijnt. Dit lichtbeeld wordt met een televisie-opneemin¬richting, bijvoorbeeld een videocamera met een opneembuis ofeen CCD-sensor, omgezet in een videosignaal Vc. Dit videosig¬naal wordt toegevoerd aan een eerste detectie-inrichting 12die binnen een meetveld, dat is gelegen binnen het door de videocamera 10 gegenereerde videobeeld, een gemiddelde waardeof een piekwaarde van het videosignaal bepaalt. Het in dedetectie-inrichting 12 gevormde controlesignaal wordt toege¬voerd aan een voedingseenheid 14 van de röntgenbron 2. Dooropvoeren van de stroom door de gloeikathode van de röntgenbron2 neemt de intensiteit van de röntgenstraling toe, terwijldoor opvoeren van de hoogspanning van de röntgenbron de elek¬tronen sterker naar de anode worden versneld, waardoor deenergie en daarmee het doordringend vermogen van de röntgen¬straling toeneemt. Op het ingangsscherm van de videocamera 10wordt de gemiddelde lichtintensiteit constant gehouden door destroom en de hoogspanning van de röntgenbron 2 afhankelijk vande dikte van het te doorstralen object 6 te variëren tussenrespectievelijk bijvoorbeeld 0,1 Ma en 1200 Ma en 40 Kv en 125Kv. Doordat de dosisregellus I, die wordt gevormd door deröntgenbron 2, de videocamera 10, de detectie-inrichting 12 ende voedingseenheid 14 voor zeer dikke of sterk stralingsabsor-berende objecten 6 de röntgendosis niet hoog genoeg kan opvoe¬ren om de gemiddelde lichtintensiteit op het ingangsscherm vande videocamera 10 constant te houden, is een versterkingsre-gellus II nodig die het gemiddelde helderheidsniveau van hetop de televisiemonitor 16 weergegeven beeld constant houdt.

Het door de videocamera 10 opgewekte videosignaal wordt ver¬sterkt door een versterker 18. Het uitgangssignaal van deversterker 18, Vm, wordt toegevoerd aan een tweede detectie-inrichting 20 die binnen een meetveld in het videobeeld eengemiddelde waarde of een piekwaarde bepaalt. Met een compara-tor 22 wordt het van de detectie-inrichting 20 afkomstigesignaal vergeleken met een referentiespanning Vref die over¬eenkomt met een gemiddeld helderheidsniveau van het video¬beeld. De van de comparator 22 afkomstige verschilspanningwordt via een laagdoorlaatfilter 21 aan een instelklem 24 vande versterker 18 toegevoerd, waardoor de versterkingsfaktorwordt aangepast.

Figuur 2a toont het verloop van het door de videocamera10 gegenereerde videosignaal Vc bij het inschakelen van de röntgenbron 2 voor een Philips röntgenapparaat, type BV 25.Figuur 2b toont het verloop van het aan de televisiemonitor 16toegevoerde videosignaal Vm bij toepassing van de bekendeversterkingsregellus II. Daar het aan de versterker 18 toege¬voerde videosignaal Vc gemiddeld lager is dan de referentie-spanning Vref, wordt de versterkingsfaktor van de versterker18 verhoogd. Daar echter in de tijd die in de versterkingsre¬gellus II nodig is om de versterkingsfaktor te verhogen, hetvideosignaal Vc van de videocamera 10 toeneemt, treedt eenovershoot in het aan de televisiemonitor toegevoerde videosig¬naal Vm op van 190 Mv. Deze overshoot zou kunnen worden voor¬komen door een grotere traagheid in de versterkingsregellus IItoe te passen. Dit heeft echter als nadeel dat te veel doorhet object 6 verzwakte straling niet voor medische beeldvor¬ming wordt benut. Het sneller maken van de versterkingsregel¬lus II zou tot grotere overshoot leiden en ook geen verbete¬ring geven. De responsie zoals getoond in figuur 2b treedt opbij kritische demping van de vesterkingsregellus II en is vooreen dergelijke regellus optimaal.

Figuur 3 toont een röntgenbeeldsysteem waarbij de automa¬tische versterkingsregellus is vervangen door een deler 19. Dedeler 19 vormt de versterkingsfaktor van de versterker 18 doordeling van de referentiespanning Vref door het door de detec-tie-inrichting 12 aan de deler 19 toegevoerde signaal en voertde versterkingsfaktor toe aan de instelklem 24 van de verster¬ker 18. Tijdens een frameperiode wordt in de detectie-inrich-ting 12 een gemiddelde waarde of piekwaarde van het videosig¬naal Vc bepaald. Door deze waarde wordt het door de videocame¬ra 10 gevormde videosignaal in de volgende frameperiode ge¬deeld. Wanneer het videosignaal van de videocamera 10 toe¬neemt, zoals is weergegeven in figuur 2a, zijn gedurende deeerste frameperioden van het videosignaal de piekwaarden en/ofde gemiddelde waarden van het videosignaal klein, zodat deversterkingsfaktor van de versterker 19 zeer groot wordt. Omdit te voorkomen vormt de detectie-inrichting 12 bijvoorbeeldvoor gemiddelde waarden of piekwaarden die beneden een voorbe¬ paalde drempelwaarde liggen, deze drempelwaarde aan zijnuitgang. Zodra het uitgangssignaal van de detectie-inrichting12 de drempelwaarde overschrijdt, wordt het gemiddelde niveauvan het aan de televisiemonitor 16 toegevoerde videosignaal Vmnaar Vref geregeld. Dit is ter illustratie weergegeven infiguur 4.

In figuur 4 is aangenomen dat het gemiddelde niveau vanhet van de videocamera 10 afkomstige videosignaal, Vc, lineairtoeneemt in de tijd: Vc = t. In figuur 4 is het voltage inwillekeurige eenheden uitgezet tegen de tijd. In de deler 19wordt de versterkingsfactor k(t) gevormd door het quotiënt vande referentiespanning Vref en de gemiddelde waarde of piek¬waarde die is gemeten tijdens een voorafgaande frameperiode, T. Bij uniforme belichting van het ingangsscherm van de video¬camera 10, is de helderheid in ieder punt van het videobeeldgelijk aan de gemiddelde waarde en de piekwaarde. In dit gevalis de versterkingsfaktor k(t) gegeven door : k(t) « Vref/Vc(t-T)= Vref/(t-T). Voor een referentiespanning Vref van 10 V eneen frameperiode T van 1 s is k(t) weergegeven als curve a infiguur 4. Voor kleine waarden van t gaat de versterkingsfaktork(t) naar oneindig. Indien de drempelwaarde van de detectie-inrichting 12, 5 V is, is de maximale versterkingsfaktor indit geval gelijk aan 2. Voor het tijdsinterval 0<t<6 s geldt:Vm = 2Vc = 2t. Na 6 seconden neemt de versterkingsfaktor k(t)af als Vref/(tT)=10/t-l, zoals gegeven door het ononderbrokendeel van curve b in de figuur. Voor het aan de televisiemoni¬tor 16 toegevoerde signaal Vm(t) geldt dan: Vm(t) = Vc(t).k(t)= 10t/(t-1). Zoals getoond in figuur 4 volgt Vm(t) na 6 secon¬den het doorgetrokken deel van curve b. Uit figuur 4 blijktdat het videosignaal Vm(t) een overshoot ten opzichte van dereferentiespanning Vref toont die groter is naarmate de maxi¬male versterkingsfaktor van de versterker 18 toeneemt (dedrempelwaarde van de detectie-inrichting ligt dan lager). Bijeen kleinere maximale versterkingsfaktor (kleiner helling vanVm(t)) treedt minder overshoot op, maat duurt het langer voorVm(t) zich stabiliseert op het niveau van Vref. Uit figuur 4 valt tevens af te leiden dat door een kleinere integratietijdT van de detectie-inrichting de overshoot kan worden geredu¬ceerd .

Figuur 5 toont de responsie van het röntgenbeeldsysteemvolgens de uitvinding voor een videosignaal Vc dat toeneemtvolgens de in figuur 2a gegeven curve. Na 0.17 seconden is hetniveau van het videosignaal gestabiliseerd op het niveau Vrefdat in dit geval 300 Mv bedraagt. De overshoot, die 30 Mvbedraagt, is zo klein, dat de lichtflits op de monitor 16 dieoptreedt bij toepassing van de bekende versterkingsregellus,nu niet optreedt. Het is gebleken, dat bij toepassing van deinstelling van het aan de televisiemonitor toegevoerde video¬signaal Vm in de zogenaamde 'snapshot' mode de opnameduur kanworden teruggebracht met 36%. Hierdoor treedt minder bewe-gingsonscherpte bij de beeldvorming op, en wordt de aan eenpatiënt toegevoerde dosis beperkt.

Figuur 6 toont een schematische weergave van de detectie-inrichting 12. De detectie-inrichting omvat een drietal detec-tiemodules 30, 32 en 34, waarvan de detectiemodule wordtgevormd door een video gemiddelde detector en detectiemodules32 en 34 worden gevormd door video-topdetectoren. Het van detelevisiecamera 10 afkomstige videosignaal Vc wordt na ver¬sterking met een versterker 36 met instelbare versterkingsfak-tor toegevoerd aan de detectiemodules 30, 32 en 34. Afhanke¬lijk van de stand van schakelaar 38 wordt het aan de voedings-eenheid toegevoerde signaal Vs gevormd door een gemiddeldewaarde of een topwaarde. Deze waarden worden binnen een meet-veld van het videobeeld bepaald, welk meetveld via instelklem-men 42 en 44 instelbaar is. Afhankelijk van de stand van deschakelaar 40, wordt aan de deler 19 en gemiddelde waarde ofpiekwaarde van het videosignaal Vc toegevoerd. In de deler 19wordt het quotiënt gevormd van de versterkingsfaktor van deversterker 36 en het versterkte videosignaal Vc, zodat aan deuitgang van de deler 19 de reciproque van de piek- of gemid¬delde waarde van het videosignaal Vc verschijnt. Deze waardewordt toegevoerd aan de versterker 18, die in dit geval een vermenigvuldiger is, waarvan een ingang de versterkerinstel-klem 24 vormt. In de vermenigvuldiger 18 wordt het videosig¬naal Vc gedeeld door de gemiddelde waarde of piekwaarde, zodathet aan de televisiemonitor 16 toegevoerde videosignaal Vm eenconstant gemiddeld helderheidsniveau heeft. Het voordeel vanafzonderlijke detectiemodules 30-34 is, dat door selectie vanpiekwaarde- of gemiddelde waardedetectie binnen een instelbaarmeetveld, het regelgedrag van de automatische dosisregellus enhet instelgedrag van de versterking van het videosignaal Vmafzonderlijk kunnen worden aangepast aan de toegepaste wijzevan beeldvorming, bijvoorbeeld fluoroscopie of snapshots.

Claims (4)

1. Röntgenbeeldsysteem voorzien van een röntgenbron (2) vooruitzending van een röntgenbundel (4), een met de röntgenbronverbonden voedingseenheid (14), een röntgendetector (8) vooromzetting van de röntgenbundel in een lichtbeeld, een televi-sie-opneeminrichting (10) voor omzetting van het lichtbeeld ineen videosignaal, een met de televisie-opneeminrichting ver¬bonden detectie-inrichting (12) voor vorming van een controle-signaal uit het videosignaal, waarbij de detectie-inrichting(12) met een uitgang is verbonden met de voedingseenheid (14)ter instelling daarvan en een weergeefeenheid (16) die via eenversterker (18) met de uitgang van de televisie-opneeminrich¬ting (10) is verbonden, met het kenmerk, dat ter instellingvan een versterkingsfaktor van de versterker (18) de detectie-inrichting (12) met een uitgang is verbonden met een instel-klem (24) van de versterker (18).

2. Röntgenbeeldsysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk,dat de detectie-inrichting (12) met een uitgang is verbondenmet een deler (19) voor vorming van de versterkingsfaktor aaneen deleruitgang, welke versterkingsfaktor evenredig is met dereciproque van het aan de deler toegevoerde controlesignaal enwaarbij de deleruitgang is verbonden met de instelklem (24)van de versterker (18).

3. Röntgenbeeldsysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk,dat de versterker (18) een vermenigvuldiger omvat waarvan eeneerste ingangsklem de instelklem (24) vormt en waarvan eentweede ingangsklem is verbonden met de televisie-opneeminrich¬ting (10) .

4. Röntgenbeeldsysteem volgens conclusie 1, 2 of 3, met hetkenmerk, dat de detectie-inrichting (12) ten minste tweedetectiemodules (30, 32, 34) omvat die elk met een ingang zijnverbonden met de televisie-opneeminrichting (10), waarbij eeneerste detectiemodule met zijn uitgang is verbonden met devoedingseenheid (14) en een tweede detectiemodule met zijnuitgang is verbonden met de instelklem (24) van de versterker(18) .