SE469104B - Foerfarande och anordning vid roentgenapparat med elektronisk bildavkaenning - Google Patents

Description

å» VD ...x (LSI .Fn 2 Denna teknik bygger allmänt på att själva CCD-cellens styrelekt- ronik.har en elektrisk förbindelse med själva röntgenutrustningen så att elektronikanpassningsenheten erhåller information när röntgenstrålningen kopplas till. Detta innebär att en sådan ut- rustning måste alltså speciellt anpassas till varje förekommande typ av röngenutrustning för att åstadkomma denna typ av synkroni- sering.

När man tar röntgenbilder med ett bildavkännande element i form av en CCD-cell existerar, vid de temperaturer som gäller t. ex. i munhålan, en mörkerström som hela tiden bygger upp en laddning i CCD-cellen. Denna laddning byggs upp så pass snabbt att det bildavkännade elementet normalt blir mättad efter någon eller några sekunder. Av denna anledning måste CCD-cellen vara tömd på laddning när röntgenexponeringen startas. När röntgenbilden är färdigexponerad måste den omedelbart läsas av i sin helhet för att inte försvinna i mörkerströmsbidraget.

En sådan synkronisering kan ske genom att endera röntgenröret aktiveras kort innan avsökningen av t. ex. CCD-cellen påbörjas eller att avsökningen-initieras från röntgenutrustningen even- tuellt med en fördröjning så att strålkällan hunnit till full effekt. I båda fallen krävs dock allmänt en ansenlig anpassnings- utrustning för att åstadkomma detta eller annars måste expone- ringstiden för röntgenkällan väljas onödigt lång för att säkerställa ett bra resultat.

Inte ovanligt är också enligt teknikens ståndpunkt att man gärna överexponerar något för att vara säker på ett godtagbart resultat av röntgenundersökningen. Ett problemet som vidare därvid måste lösas är givetvis att den av patienten erhållna strålningsdosen bör optimeras för att därigenom minimera strålningsdosen för patienten, vilket är ytterst viktigt även ur allmän strålnings- hygenisk ståndpunkt.

Redogörelse för uppfinningen Uppfinningen baseras på att det är tekniskt möjligt att med en enkel styrutrustning slå av strålkällan när den väl startats om man med ett triggningsförfarande kan detektera när strálkällan slås till och sedan mäta att man har erhållit en tillräcklig stråldos för att åstadkomma den önskade bilden.

Ett första ändamål med den föreliggande uppfinningen är därför att visa ett förfarande som inte kräver en komplicerad anpassning till varje individuell röntgenutrustning för till exempel tandröntgen, varvid tekniken med att använda företrädesvis en CCD-cell i stället för en röntgenkänslig film kan tillämpas för en generell röntgenutrustning utan nödvändigtvis att någon direkt koppling mellan bildavkänningen och röntgenapparaten behöver finnas.

Ett andra ändamål med den föreliggande uppfinningen är att visa ett förfarande som anpassar exponeringen av röntgenbilden på det bildavkännande elementet så att avsökning av bilden påbörjas omedelbart när tillräcklig exponering erhållits eller att avsökningen påbörjas omedelbart när röntgenstrålningen upphör.

Ett tredje ändamål med den föreliggande uppfinningen är att visa ett förfarande som innebär att strålningsdosen blir minimerad till exakt endast vad som krävs för att fullgott exponera en bild genom utnyttjande av en signal från anordningen för att slå ifrån röntgenapparaten, vilket i enligt med föreliggande uppfinning innebär att fler bilder kan erhållas med samma totala stråldos som för en enda bild enligt teknikens ståndpunkt.

Ett annat syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en anordning vid en röntgenbildsavkännare i enlighet med förfarandet, varvid anordningen triggar röngen- bildsavkännaren när röntgenstrålningen slås till och från genom att avkänna själva röntgenstrålningen, samtidigt som att resulta- tet av röntgenexponeringen erhålls redan efter någon sekund i -Eß Cm 'Éfï/i ..-._._ :\1. 4 form av till exempel en bild på en bildskärm.

Ett ytterligare syfte med den föreliggande uppfinningen är att anordningen optimerar exponeringen genom att avkänna den totala stråldosen och initiera avsökningen av det bildavkännande elementet när tillräcklig exponering erhållits.

Ett ännu ytterligare syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en anordning enligt förfarandet i föreliggande uppfinning, vilken minimerar stråldosen för patienten i samband med en röntgenundersökning genom. att anordningen alstrar en signal som i sin tur används för att styra avslaget av röngenut- rustningen.

Figurbeskrivning Den föreliggande uppfinningen kommer att beskrivas i en före- dragen utföringsform med hjälp av de medföljande ritningarna i vilka Fig. l visar en delvis genomskuren. vy av den inkapslade bildavkännande anordningen i en belysande utförings- form, Fig. Za visar det bildavkännande elementet i den inkapslade anordningen uppifrån, Fig. 2b visar baksidan av det bildavkännande elementet i Fig. 2a, Fig. 2c visa framsidan av det bildavkännande elementet i Fig. 2a, och Fig 3 visar ett schema över den elektroniska kopplingen för en anpassningsanordning i enlighet med uppfinningen. 469 104 Belysande utföringsform I Fig. 1 visas i en belysande utföringsform en anordning 1 för att införas i munnen på en patient vid tandröntgen. Anordningen innehåller i den belysande utföringsformen en CCD-cell vilken strömförsöjs och styrs med ledningar 6 vilka framgår i Fig. 2a.

Vid tandröntgen placeras alltså anordningen l så att den aktuella tanden eller de aktuella tänderna befinner sig mellan den främre sidan (ovansidan i Fig. l) av anordningen l och en röntgenstràl- källa. CCD-cellen i anordningen 1 kommer därvid att exponeras olika beroende av hur tanden eller tänderna släpper igenom röntgenstràlningen och därvid erhålls på CCD-cellen en röntgen- bild av tanden eller tänderna enligt teknikens ståndpunkt.

Fig. 2c visar sidan med ett bildavkännande element 5 i form av exempelvis en CCD-cell som ligger på ett underlag i form av ett substrat eller ett tryckt ledningskort, varvid alltså elementet 5 vänds mot tanden eller tänderna vid röntgenundersökningen. I fig 2b visas baksidan av substratet eller ledningskortet på vilket i den belysande utföringsformen 3 stycken sensorelement 2, 3 och 4 är utspridda på ytan. Sensorelementen utgörs av detektordioder med en scintillatordel och är i den belysande utföringsformen av typen BPW 34 tillverkade av Telefunken. Det är väsentligt att dessa detektordioder 2, 3 och 4 placeras såatt de inte skymmer någon del av bildytan samtidigt som att de måste befinna sig inom området för den maximala stråldosen, varför de lämpligen placeras spridda över baksidan av det bildavkännande elementet. Antalet detektordioder bör vara mera än en för att garantera att minst någon diod hamnar i ett läge där den kan nås av en inte allt för reducerad röntgenstrålning. Den belysande utföringsformen använder därför tre parallellt kopplade detektor- dioder 2, 3 och 4.

I Fig. 3 visas ett elektroniskt koppligsschema som anger inkopplingen av detektordioderna till en anpassningselektroniken- het bestående i den föredragna utföringsformen av två delar 10 och 20. Anpassningselektronikenheten 10 finns integrerad 6 tillsammans med detektordioderna 2, 3 och 4 på baksidan av det bildavkännande elementet 5 i. den föredragna utföringsformen, medan den andra delen finns i en extern elektronikenhet (ej visad) och är ansluten till delen 10 genom anslutningsledningar 6.

Anpassningsdelen 10 innehåller förutom detektordioderna 2, 3 och motstånd 13, 14 och 16 Detektordiodernas katodsida är vidare 4 två operationsförstärkare 12 och 15, samt en kondensator 17. ansluten till signaljord via en punkt 18. Operationsförstärkarna i den föredragna utföringsformen är av typ TL072 tillverkade av Texas Instruments Corporation.

Anpassningsdelen 20 innehåller också två operationsförstärkare 23 och 28 samt motstånd 22, 24, 27, 29, 30, 32 och 56 samt kondensatorer 21, 25 och 36. Motståndet 30 är vidare anslutet till -12V i en punkt 31. Anpassningsenheten 20 innehåller vidare tre halvledardioder 26, 33 och 34. Vidare har anpassningsdelen 20 en signalutgång A. Operationsförstärkarna 23 och 28 är i den föredragna utföringsformen av typ TL072, tillverkade av Texas Instruments Corporation medan dioderna 26, 33 och 34 är av typ BAS 16 tillverkade av Philips.

Från anpassningsdelen 20 går sedan signaler till en ytterligare elektronikenhet i form logikanordning generellt betecknad 40 och av vilken en endast en mindre del visas. Logikanordningen 40 är av typ XC3030-44, tillverkad av XILINX, San Jose, Kalifornien.

Logikanordningen innehåller även ett läs- och skrivminne (inte visat) i form av ett RAM, i vilket t. ex. ett användarprogram kan laddas in för att definiera de. olika logikfunktionerna som erhålls med denna krets för bland annat dess övriga funktioner som bl. a. klockning av CCD-cellen vid utläsning av bilddata, vilket inte utgör del av själva uppfinningen utan är känt för fackmannen. Den visade delen av logikanordningen 40 har en ingång A och två utgångar B och C. Delen av logikenheten 40 som visas i Fig. 3 innehåller buffertar 41, 42, 43 och 45 varvid buffertar- na 42 och 45 är försedda med en inverterande utgång. Buffert- 7 kretsen 43 är dessutom en buffert med tre tillstånd på utgången, högt, lågt och flytande tillstånd. Det höga resp. det låga tillståndet motsvarar på vanligt sätt logisk etta resp. logisk nolla. Vidare finns OCH-grindar 44, 49 och 52 med två ingångar, där OCH-grind 44 och 52 är försedda med var sin inverterande ingång och OCH-grinden 44 vidare även har en inverterande utgång.

Den visade delen av logikanordningen 40 innehåller vidare en ELLER-grind 50 och en D-vippa 51. D-vippan 51 är också försedd med en klockingång 55. Buffertarna 41, 42, 43, 45 samt grindarna 44, 49, 50 utgör tillsammans en monostabil vippa som triggas av ingången A. Vippans tidskonstant bestämmes av motståndet 46 och kondensatorn 48.

I tabellen nedan finns angivet värden för de motstånd och kondensatorer som finns angivna i kretsschemat i Fig. 3 för den föredragna utföringsformen.

Motstånd Kondensator 13 - 1øM 17 330 pr 14 1ooK 21 10 pr 16 lM 25 1,5 nF 22, 29 22oK 36 1 pr 30 82OK 24 2,2M 48 47 nr 27 2,7M 32 l,8M 46 56OK 56 l5OR Kortfattat är funktionen av kopplingen följande. När någon av sensorelementen 2, 3 och 4 utsätts för röntgenstrålning kommer denna att alstra en ström som matas till ingången av den första operationsförstärkaren 12. Denna förstärkare är genom motståndet 13 inställd för enhetsförstärkningen ungefär l och tjänar som ström till spänningsomvandlare. Spänningssignalen från utgången 'fG 'ïñfí i- ; '- 8 av operationsförstärkaren 12 förs via motståndet 14 till ingången av förstärkaren 15 som kommer att förstärka signalerna från sensorelementen som vanligtvis utgörs av pulser med nätfrekven- sen, t. ex. 50 Hz, beroende på att röntgenröret drivs med en sådan pulserande högspänning. Kondensatorn 17 tillsammans med motståndet 16 fungerar som ett filter för att t. ex. ta eliminera icke önskade spikar men fortfarande bevara de förstärkta spänningspulserna från förstärkaren 12. Förstärkarna 12 och 15 befinner sig alltsà i den föredragna utföringsformen på sub- stratet eller kretskortet på baksidan av det bildavkännande elementet tillsammans med de tre sensorelementen 2, 3 och 4 och utgör alltså anpassningsdelen 10.

Från elektronikenheten som utgör anpassningsdelen 10 förs utsignalen från förstärkaren 15 till ingången av anpassningelekt- ronikenheten 20, där den passerar en kondensator 21 och ett motstånd 22 som ger anpassning av nivån och sätter arbetspunkten för insignalen till förstärkaren 23. I återkopplingsslingan vid förstärkaren finns förutom motståndet 24 en kondensator 25 med uppgift att ge en tidskonstant något större än 20 ms, motsvarande pulser vid 50 Hz i den belysande utföringsformen. Vidare finns en halvledardiod 26 med uppgift att tillse att de negativa pulserna på förstärkarens 23 utgång inte överstiger -0,7 V.

Signalen från förstärkaren 23 förs via en RC-länk 36, 27 vidare till förstärkaren 28 som har en hög förstärkning och fungerar som en komparator med en viss hysteres, med andra ord en Schmittrig- ger. Dioderna 33 och 34 fastlägger nivån för utgången så att denna lämnar TTL-nivåanpassade pulser mellan OV och +5V på utgången A .

Från utgången A på anpassningsdelen 20 förs signalen till ingången A på logikanordningen 40. För att förenkla framställ- ningen har endast en del av logikanordningen 40 i detalj framställts i kopplingsschemat. Signalen matas in via en buffert 41 och in på en monostabil vippa som bildas av logikkretsarna 42, 43, 44, 45, 49 och 50 vilka ingår som delar i det större 469 'E04 9 logikarrangemanget 40 i den speciella kretsen XC3030-44. Från den interna utgången C erhålls med den monostabila vippan en hög signal, dvs logisk etta, under den tid som strålningen träffar något eller några av sensorelementen 2, 3 och 4. När strålningen upphör och inga fler pulser kommer att trigga den monostabila vippan i logikanordningen 40 kommer, när utgången av ELLER- grinden 50 går låg, dvs den negativa flanken, vid nästa klockpuls via punkten 55 in på D-vippan 51 denna att alstra en hög signal som matas ut via OCH-grinden 52 ut på den interna utgången B som ett tecken på att strålningsdetekteringen upphört.

Signalerna B och C används sedan för att på konventionellt sätt styra den övriga elektroniken för t. ex. CCD-cellen så att när signalen C går hög upphör klockningen tillfälligt av CCD-cellen som då börjar att integrera sina bildelement för att skapa en röntgenbild av t. ex. en tand. När sedan signalen B går hög som tecken på att röntgenapparaten slagits av, startar denna signal B via logikanordningen 40 enligt känd teknik klockningen för CCD- cellen och den alstrade bilden läses ut bildelement för bildele- ment och matas till ett vanligt anpassningskort för grafik i en standard persondator (PC-dator) enligt teknikens ståndpunkt.

I en andra föredragen.utföringsform integreras samtidigt signalen från sensorelementen enligt för fackmannen känd teknik för att förutom ovan beskrivna triggningsförfarande erhålla även.ett mått på den av sensoranordningen 2, 3, 4 detekterade dosen, och denna signal styr i detta fall även samtidigt signalutgàngen B via ett motsvarande logikarrangemang, så att när fastställd röntgendos för lämplig exponering erhållits, den alstrade bilden från det bildavkännande elementet 5 utläses. I denna andra föredragna utföringsformen erhålls därmed en fullständig exponeringsautoma- tik fortfarande utan att någon förbindelse behöver upprättas mellan den bildalstrande anordningen och röntgenkällan om röntgenkällan ställts in så att dess tillslagna tid minst motsvarar den.minimala tiden som krävs för en nöjaktig exponering av en röntgenbild på det bildavkännande elementet 5.

.Ifrz . . (j\ (II) .fx 10 I en tredje utföringsform tas styrsignalen B vidare ut externt och används för' att styra. röntgenutrustningen, varvid rönt- genutrustningen slås av omedelbart när integrationen av signalen I detta fall krävs också en extra anpassningsenhet till rönt- fastställer att tillräcklig dos för exponeringen erhållits. genutrustningen som är känslig för signalen B och därmed kan styra den externa röntgenutrustningen. Denna anpassningsenhet är dock utförd enligt för fackmannen känd teknik och dess konstruk- tion i detalj faller inte inom omfattningen av den föreliggande uppfinningen.

Anordningen enligt den föreliggande uppfinningen kan givetvis utföras hårdvarumässigt på ett antal olika sätt med användande av andra komponenter än vad som indikerats här utan att frångå andemeningen, ändamålet och omfattningen av uppfinningen som definieras i de medföljande patentkraven.

Claims (10)

1. 469 104 ll PATENTKRAV l. Förfarande vid triggning av en röntgenbildsavkänning, innefattande en röntgenstrålkälla med styranordning för före- trädesvis tandröntgen, en bildavkännande anordning (5), före- trädesvis ett CCD-element, ett antal elektronikenheter (10, 20, 40) för sammankoppling av den bildavkännande anordningen med en persondator och med en bildskärm, k ä n n e t e c k n a t av detektering av röntgenstrålningen vid exponering med hjälp av åtminstone två, företrädesvis tre eller fler, sensorelement (2, 3, 4) placerade utspridda på baksidan av den bildavkännande anordningen (5), varvid röntgenstrålningen avkänns av sensor- elementen (2, 3, 4) och elektriska signaler alstras i sensorele- menten när dessa utsätts för röntgenstrålningen, omvandling av strömsignaler som erhålls från sensorelementen till spänningssignaler varvid åtminstone en första (10) av elektronikenheterna är lokalt anordnad näraliggande sensorele- menten (2, 3, 4) och lämpligen placerad på den sidan av den bildavkännande anordningen (5) som är 'vänd bort från rönt- genstrålkällan.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av alstring av en integrerad första styrsignal (C) ur spännings- signalerna erhållna från den första elektronikenheten (10) med hjälp av de ytterligare elektronikenheterna (20, 40) för initiering av skapandet av en röntgenavbildning med den bildav- kännande anordningen (5) genom hållande av klocksignalerna för den bildavkännande anordningen (5) erhållna från den ytterligare elektronikenheten (40) i ett statiskt läge.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av alstring av en andra integrerad styrsignal (B) med hjälp av de ytterligare elektronikenheterna (20, 40) när spännings- signalerna från den första elektronikenheten (10) upphör samtidigt med att röntgenstrålningen upphör för initiering av bildavsökning av den bildavkännande anordningen (5) samt vid denna avsökning utmatning av erhållna bilddata till persondatorn för lagring av bilddata och samtidig eller senare visning av "ut CW f\__ .. . »_- 12 bilddata på bildskärmen och 'varvid klocksignalerna för den bildavkännande anordningen (5) som gensvar på denna andra styrsignal (B) ej längre hålls i ett statiskt läge.

4. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av summering av signalerna från sensorelementen (2, 3, 4) erhållna via den första elektronikenheten (10) för alstrande av en andra styrsignal (B) för initiering av bildavsökning av den bildavkän- nande anordningen (5) när tillräcklig exponering erhållits och vid denna avsökning utmatning av erhållna bilddata till personda- torn för lagring av bilddata samt samtidig eller senare visning av bilddata på bildskärmen och varvid klocksignalerna för den bildavkännande anordningen (5) som gensvar på denna styrsignal (B) ej längre hålls i ett statiskt läge.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av matning' av' den, alstrade andra styrsignalen (B) vidare till röntgenkällans styranordning för avstängning av röntgenkällan.

6. Anordning vid röntgenapparat med elektronisk bildavkänning innefattande en röntgenstrâlkälla för företrädesvis tandröntgen, en bildavkännande anordning (5), företrädesvis ett CCD-element, en persondator med en bildskärm och ett antal elektronikenheter (10, 20, 40) mellan. den. bildavkännande anordningen (5) och persondatorn, k ä n n e t e c k n a d av att en anordning omfattande minst tvà, lämpligen tre eller flera, sensorelement (2, 3, 4) är placerade utspridda på baksidan av den bildavkännande anordningen (5), varvid sensorelementen.(2, 3, 4) alstrar elektriska signaler när dessa utsätts för rönt- genstrålning. att åtminstone en första (10) av elektronikenheterna är lokalt placerad näraliggande sensorelementen (2, 3, 4), lämpligen på den sida av den bildavkännande anordningen (5) som är vänd bort från röntgenstrålkällan, för omvandling till spänningssignaler av de elektriska signalerna som erhålls från sensorelementen vid röntgenbestrålning av dessa. 469 104 13

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av en första styrsignal (C) som integrerat alstras av de ytterli- gare elektronikenheterna (20, 40) från spänningssignalerna erhållna från elektronikenheten (10) alstrade elektriska signalerna att den första styrsignalen (C) sätter den bildavkännande anordningen (5) i en mod för initiering av uppbyggandet av en avbildning i detta, en andra integrerat alstrad styrsignal (B) för ytterligare styrning av den bildavkännande anordningen (5), att bildelementen alstrade i den bildavkännande anordningen (5) genom röntgenstrålningen i gensvar på den andra styrsignalen avsöks och överförs via elektronikenheten (40) till en lämplig grafisk anpassningsenhet i persondatorn för lagring och samtidig eller senare visning på dess bildskärm.

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att den andra styrsignalen (B) vilken initierar avsökningen av den bildavkännande anordningen sedan består till dess att en ny exponering skall påbörjas, varvid. efter' det att avsökningen avslutats den bildavkännande anordningen fortsättningsvis klockas och därvid kontinuerligt töms på sin mörkerström.

9. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att de ytterligare elektronikenheterna (20, 40) summerar de elektris- ka signalerna erhållna från sensorelementen (2, 3, 4) när dessa är utsatta för röntgenstrålning för att erhålla ett mått på mängden av röntgenstrålning, och varvid elektronikenheterna när en på förhand inställbar fastställd dos uppnåtts alstrar den andra styrsignalen (B) vilken initierar avsökningen av den bildavkännande anordningen (5) och vilken signal (B) sedan.består till dess att en ny exponering skall påbörjas, varvid efter det att avsökningen avslutats den bildavkännande anordningen (5) fortsättningsvis klockas och därvid kontinuerligt töms på sin mörkerström.

10. Anordning enligt krav 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d av Jä- CF*- \O ...m3- (I) qi 14 att den andra styrsignalen (B) matas till och påverkar rönt- genstrålkällans styrutrustning via en ytterligare anpassningsa- nordning så att röntgenkällan i detta fall omedelbart stängs av när den andra styrsignalen (B) uppträder i de ytterligare elektronikenheterna (20, 40).