Beschreibung
Kamerasystem mit Bilddrehung, insbesondere für medizinische Anwendungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kamerasystem, das eine Kameraoptik zur Abbildung einer Objektebene auf eine Bildebene, einen in der Bildebene um eine durch die Kameraoptik festgelegte optische Achse rotierbar im Kamerasystem angeord- neten Bildempfänger und eine am Bildempfänger ausgebildete Kameraelektronik zum Auslesen von Bilddaten des Bildempfängers aufweist .
In der bildgebenden Medizintechnik werden Bilder des Körper- inneren eines Patienten mit unterschiedlichen Techniken gewonnen und an einem Bild- oder Leuchtschirm dargestell . Bei bestimmten Anwendungen werden diese Bilder, bspw. Bilder des Ausgangsschirms eines elektronenoptischen Röntgen-Bildver- stärkers, mit einer Fernseh- oder einer CCD-Kamera erfasst, um sie ggf. nach einer elektronischen Aufbereitung an einem
Monitor anzuzeigen. Unabhängig von der Stellung des medizinischen Bildaufnahmegerätes zum Patienten während der Bildaufnahme sollen dem Bediener anatomische Merkmale in der gewohnten Orientierung am Monitor angezeigt werden. Dazu ist es häufig notwendig, das Bild des Aufnahmegerätes, das beispielsweise bei einem Röntgengerät zunächst am Ausgangsschirm des Röntgen-Bildverstärkers erscheint, an einer beliebigen Stelle der Bildkette geeignet zu drehen.
Derzeit wird diese Bilddrehung mit unterschiedlichen Techniken durchgeführt. Weit verbreitet ist die Verwendung eines optischen Abbildungssystems zwischen dem Röntgen-Bildver- stärker und dem Bildempfänger der Fernseh- bzw. CCD-Kamera, das eine Rotation des Kamerasystems um die optische Achse des Abbildungssystems erlaubt.
Figur 2 zeigt schematisch ein Beispiel für ein derartiges Kamerasystem. In der Figur ist der Bildverstärkerausgang 1 des Röntgen-Bildverstärkers mit dem Ausgangsschirm 2 zu erkennen. Der Ausgangsschirm 2 stellt die Objektebene dar, die mittels der Optik 3 des Kamerasystems auf die Bildebene der CCD-Kamera 4 abgebildet wird. Das Kamerasystem sitzt hierbei über ein Lager 5 auf dem Ausgangsschirm 2 auf und lässt sich über den Motor bzw. Antrieb 6 um die optische Achse 14 drehen. Derartige Optiken mit Bilddrehung sind jedoch technisch sehr auf- wendig. Das relativ schwere optische System 3 und die angeschlossene CCD-Kamera 4 müssen präzise und spielfrei gelagert sein. Darüber hinaus müssen die Anschlusskabel 7 für das Kamerasystem so gestaltet sein, dass sie die Rotation ermöglichen. Bei dieser Anordnung sind entsprechend starke Lager, Bauteile und Antriebsmotoren notwendig. Der notwendige Aufwi- ckel echanismus 8 für das Kabel 7 führt zu großen mechanischen Abmessungen der Kamera. Das Kamerasystem ermöglicht weiterhin nur einen begrenzten Drehwinkel, der von der Kabellänge bestimmt wird. Aufgrund des langen Kabels weist ein derartiges Kamerasystem auch ein relativ großes Gewicht auf.
Eine weitere bekannte Möglichkeit der Bilddrehung besteht darin, das Bild nicht mechanisch sondern elektronisch zu drehen. Seit der Verwendung von CCD-Kameras und Bildrechnersys- temen ist es möglich, die mit der Kamera erfassten Bilddaten vor der Anzeige am Monitor einer Transformation zu unterziehen, durch die das Bild um einen bestimmten vorgebbaren Winkel gedreht dargestellt wird. Dieses Verfahren erfordert jedoch in der Regel eine Interpolation einzelner Daten, so dass die Bildinformationen verfälscht werden können und möglicherweise an Aussagekraft verlieren.
Weiterhin sind Kamerasysteme mit Bilddrehung bekannt, bei denen der Bildempfänger in der Kamera um die optische Achse ro- tierbar gelagert ist. Die von der Elektronik des Bildempfängers ausgelesenen Bilddaten werden dabei über Schleifkontakte
vom rotierenden Teil der Kamera auf den feststehenden Teil übertragen.
Figur 3 zeigt ein Beispiel für den schematischen Aufbau eines derartigen Kamerasystems. In der Figur 3 ist wiederum der Bildverstärkerausgang 1 des Röntgen-Bildverstärkers mit dem Ausgangsschirm 2 zu erkennen. An diesem Ausgangsschirm 2 setzt die Optik 3 des Kamerasystems an, über die die durch den Ausgangsschirm gebildete Objektebene auf die Bildebene eines CCD-Sensors 9 der CCD-Kamera 4 abgebildet wird. Der CCD-Sensor 9 ist über entsprechende Lager 5 drehbar in der Kamera gelagert, so dass er um die optische Achse 14 rotiert werden kann. Die Rotation erfolgt über einen entsprechenden Motor bzw. Antrieb 6, der aufgrund der in diesem Falle gerin- gen Masse der zu drehenden Komponente, des CCD-Sensors 9, jedoch wesentlich kleiner dimensioniert werden kann, als dies bei dem Kamerasystem der Figur 2 der Fall ist. Die von der nicht dargestellten Kameraelektronik ausgelesenen Bilddaten werden über Schleifkontakte 10 auf den feststehenden Teil der Kamera 4 übertragen und über das Anschlusskabel 7 zur Weiterverarbeitung oder direkt an einen Monitor weitergeleitet . Ein Vorteil dieses Kamerasystems besteht darin, dass eine unbegrenzte Rotation möglich ist, da keine Kabel den Verdrehweg begrenzen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass deutlich einfacher aufgebaute Optiken ohne Rotation verwendet werden können. Die Übertragung der Bilddaten über die Schleif ontakte vom Bildempfänger zum feststehenden Teil der Kamera führt jedoch häufig zu Störungen und hohem Verschleiß, so dass in der Praxis die in dieser Hinsicht zuverlässigeren Kamerasys- teme der Figur 2 zum Einsatz kommen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Kamerasystem mit Bilddrehung für die bildgebende Medizintechnik anzugeben, das bei leichter Bauweise eine wenig störanfällige Bildrotation ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit dem Kamerasystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kamerasystems sind Gegenstand der ünteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entneh- men.
Das vorliegende Kamerasystem weist eine Kameraoptik zur Abbildung einer Objektebene auf eine Bildebene, einen in der Bildebene um die durch die Kameraoptik festgelegte optische Achse rotierbar im Kamerasystem angeordneten Bildempfänger und eine am Bildempfänger ausgebildete Kameraelektronik zum Auslesen von Bilddaten des Bildempfängers auf. In dem Kamerasystem ist zumindest ein Optokoppler vorgesehen, über den die Bilddaten des Bildempfängers an feststehende Teile des Kame- rasystems übertragen werden.
Beim vorliegenden Kamerasystems erfolgt somit die Bilddrehung innerhalb der Kamera über die Drehung des Bildempfängers, insbesondere eines CCD-Sensors. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik erfolgt die Übertragung der Bilddaten dieses rotierbaren Bildempfängers auf die feststehenden Teile der Kamera jedoch nicht über Schleifkontakte, sondern über einen Optokoppler. Durch diese berührungslose optische Übertragung der Bilddaten unterliegt die Signalstrecke keinem Verschleiß und ist störunempfindlich. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der unbegrenzten Rotation, da keine Kabel mitgeführt werden. Die zu drehende Masse ist sehr klein, so dass die Anforderungen an die Lager und an den Antrieb erheblich geringer sind als bei Systemen, bei denen die gesamte Optik mit der Kamera über einen geeigneten Drehmechanismus gedreht wird. Weiterhin lassen sich mit dem vorliegenden Kamerasystem sehr schnelle Rotationen realisieren. Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Kamerasystems besteht darin, dass eine echte Bilddrehung realisiert wird, so dass keine Verfäl- schung der Bilddaten erfolgt, wie dies bei elektronischer Bilddrehung der Fall ist. Bei entsprechendem Aufbau lassen sich mit dem vorliegenden System auch große Datenmengen prob-
le los übertragen, wie sie bei hohen Orts- und Zeitauflösungen anfallen.
Vorzugsweise setzt sich der Optokoppler aus zumindest einer Leuchtdiode als Sender und einer Photodiode als Empfänger zusammen. Der Sender ist hierbei auf dem Bildempfänger oder dessen Träger, der Empfänger am feststehenden Teil der Kamera angebracht. Beide sind vorzugsweise auf oder zumindest im Bereich der optischen Achse angeordnet, so dass jeder Drehstel- lung des Bildempfängers eine optimale Übertragung ermöglicht wird. Die Kameraelektronik weist dabei eine Modulationsschaltung auf, um die Leuchtdiode bzw. den Sender zur Übertragung der Bilddaten anzusteuern. Anstelle der Photodiode als Empfänger ist es selbstverständlich auch möglich, andere opto- elektronische Wandler einzusetzen oder die vom Sender empfangenen optischen Signale über optische Fasern direkt an andere Verarbeitungseinheiten weiterzuleiten.
Die Energieversorgung für die Kameraelektronik kann auf un- terschiedliche Art und Weise erfolgen. So kann die Spannungsversorgung beispielsweise über einen oder mehrere Schleifkontakte am feststehenden Teil der Kamera realisiert werden, die mit Schleifringen am Träger des Bildempfängers in Kontakt stehen oder umgekehrt. Auch eine berührungslose Übertragung, bspw. über Induktionsschleifen, ist selbstverständlich möglich.
Das vorliegende Kamerasystem eignet sich hierbei insbesondere für die Bilddrehung bei medizinischen Anwendungen, bspw. zur Abbildung des Ausgangsschirms elektrooptischer Röntgen-Bild- verstärker .
Figur 1 zeigt ein Beispiel eines Kamerasystems gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. In der Fi- gur 1 ist der Bildverstärkerausgang 1 mit dem Ausgangsschirm 2 eines Röntgen-Bildverstärkers zu erkennen. Das vorliegende Kamerasystem besteht aus der Optik 3 zur Abbildung des Aus-
gangsschirmes 2, der die Objektebene bildet, auf die Bildebene des Bildempfängers, im vorliegenden Beispiel einem CCD- Sensor 9. Die Optik 3 ist fest mit dem Kameragehäuse verbunden. Der CCD-Sensor 9 ist auf einem scheibenförmigen Träger 15 befestigt, der im Gehäuse der CCD-Kamera 4 um die optische Achse 14 rotierbar gelagert ist. Hierfür ist im vorliegenden Beispiel das Gehäuse der CCD-Kamera 4 zylinderförmig mit einem nur geringfügig größeren Durchmesser als der Träger 15 ausgebildet, so dass der Träger 15 für den CCD-Sensor 9 über entsprechende Lager 5 in diesem Gehäuse rotieren kann. Die
Rotation wird über einen elektromotorischen Antrieb 6 durchgeführt.
Die in der Figur nicht erkennbare Kameraelektronik am CCD- Sensor 9 liest dessen Bilddaten aus und übermittelt diese über einen Optokoppler 11, 12 an den feststehenden Teil der Kamera 4, so dass die Bilddaten über das Anschlusskabel 7 einem Bildrechner oder eine' Monitor zugeführt werden können. Der feststehende Teil mit dem Anschlusskabel 7 wird dabei nicht bewegt. Der Optokoppler besteht im vorliegenden Beispiel aus einer am Träger 15 des Bildsensors 9 auf der optischen Achse 14 angeordneten Photodiode 12 als Sender und einem am Gehäuse der Kamera 4 angeordneten Photosensor 11 als Empfänger. Die Kameraelektronik umfasst dabei selbstverständ- lieh eine Modulationsschaltung, das die Bilddaten in entsprechende Pulsfolgen zur Ansteuerung der Photodiode umwandelt. Die Energieversorgung der Kameraelektronik erfolgt im vorliegenden Beispiel über herkömmliche Schleif ontakte 13, die im Kameragehäuse angeordnet sind und bei Drehung des Bildsensors 9 über entsprechende Schleifringe am Träger 15 schleifen.
Bei der Anwendung dieses Kamerasystems in der bildgebenden Medizintechnik wird der CCD-Sensor 9 der Kamera 4 mit dem Motor 6 so gedreht, dass das am Bildverstärkerausgang 1 erzeug- te Bild in der gewünschten Orientierung an einem nicht dargestellten Monitor erscheint. Aufgrund der berührungslosen optischen Datenübertragung über den Optokoppler 11, 12 während
der Drehung des CCD-Sensors 9 lässt sich eine störungsfreie und nicht verschleißanfällige Bilddatenübertragung realisieren.