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Röntgenfernseheinrichtung mit automatischer Verstärkungsregelung Die
Erfindung betrifft eine Röntgenfernseheinrichtung mit einer Regelvorrichtung, die
das Videosignal bei oberhalb eines Minimalwertes schwankender mittlerer Bildhelligkeit
des zu übertragenden Röntgenleuchtschirmbildes auf einem mittleren Wert konstant
hält.
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Solche Schaltungsanordnungen sind unter der Bezeichnung »automatische
Plattenspannungsregelung« bei Fernsehkameras bekannt. Dabei wird die Spannung zwischen
Kathode und Signalplatte der Fernsehaufnahmeröhre bei Überschreiten eines bestimmten
Signalstroms und damit einer bestimmten Bildhelligkeit so geregelt, daß der Signalstrom
trotz wechselnder Bildhelligkeit konstant bleibt. Der für das Ansprechen der automatischen
Plattenspannungsregelung notwendige minimale Helligkeitswert wird beim Röntgenfernsehen
auf Grund der begrenzten Leistungsfähigkeit der Röntgenröhre nur in Ausnahmefällen,
nämlich bei sehr wenig strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekten, erreicht. Bei mittel
bis stark strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekten bleibt die der Fernsehaufnahmeröhre
zur Verfügung stehende Helligkeit stets unterhalb dieses Ansprechwertes. Dadurch
ist die Bedienungsperson gezwungen, die durch unterschiedliche Strahlenabsorption
der Aufnahmeobjekte bzw. durch Netzspannungsschwankungen wechselnde Bildhelligkeit
in diesem Bereich mit Hilfe des Verstärkungsreglers von Hand auszugleichen.
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Es ist eine der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben, auch diesen
Bereich einer automatischen Regelung zugänglich zu machen, ohne den An-Sprechpunkt
der automatischen Plattenspannungsregelung zu ändern.
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Ein weiterer Mangel, der den bisher verwendeten Röntgenfernseheinrichtungen
anhaftet, ergibt sich aus folgendem: Versuche haben gezeigt, daß eine Anhebung der
hohen Frequenzen des Videosignalspektrums, etwa ab 2 MHz, dann zu einer subjektiven
Bildverbesserung des zu übertragenden Röntgenschirmbildes führt, wenn die Bildhelligkeit
so groß ist, daß die den feinen Bilddetails entsprechenden Signalamplituden oberhalb
der durch das Eigenrauschen der Fernsehanlage und des eventuell vorgeschalteten
Röntgenbildverstärkers bedingten Erkennbarkeitsgrenze liegen. In vielen Fällen absorbieren
die zu durchleuchtenden Objekte jedoch, wie bereits erwähnt, eine derartig große
Strahlenmenge, daß die von der Röntgenröhre maximal produzierbare Dosisleistung
nicht ausreicht, um der Fernsehaufnahmeröhre eine für die Übertragung feiner Bilddetails
erforderliche Helligkeit zu vermitteln, so daß die den feinen Bilddetails entsprechenden
Signalamplituden unterhalb dieser Erkennbarkeitsgrenze liegen. In einem solchen
Fall führt die Anhebung der hohen Videofrequenzen zu keiner Verbesserung, sondern
wegen der Anhebung der besonders störenden hohen Rauschfrequenzen zu einer erheblichen
subjektiven Verschlechterung des zu übertragenden Röntgenschirmbildes.
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Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, diesen Mangel durch
eine frequenzabhängige Verstärkungsregelung zu beseitigen. Beide Aufgaben werden
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Konstanthalten eines mittleren Wertes des
Video-Signals auch bei unterhalb des Minimalwertes schwankender mittlerer Bildhelligkeit
des Röntgenleuchtschirmbildes eine weitere Regelvorrichtung vorhanden ist, die aus
einem dem Arbeitswiderstand einer der Verstärkerstufen des Videoverstärkers parallelgeschalteten
Dämpfungswiderstand sowie aus Einstellmitteln besteht, die den Wert des Dämpfungswiderstandes
bei einer Vergrößerung des Videosignals vermindern, und umgekehrt, und daß zum zusätzlichen
Beeinflussen des mittleren Wertes des Videosignals im Frequenzbereich oberhalb von
2 MHz in Abhängigkeit vom Verstärkungsgrad des Videoverstärkers ein auf die obere
Grenzfrequenz des Videosignals abgestimmter Parallelresonanzkreis, in dessen induktivem
Zweig der Dämpfungswiderstand als Serienschaltung liegt, zum Arbeitswiderstand parallel
geschaltet und der Därnpfungswiderstand so bemessen ist, daß er den Parallelresonanzkreis
bei einem mittleren Verstärkungsgrad stark bekämpft.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels und den Unteransprüchen zu entnehmen.
In
F i g. 1 ist eine Röntgenfernseheinrichtung mit der Röntgenstrahlenquelle 1, dem
Schalttisch 2 für die Steuerung der Röntgenstrahlenquelle, der Stützwand 3 des im
übrigen nicht dargestellten Untersuchungsgerätes, der Bildaufnahmeeinheit mit dem
Röntgenbildverstärker 4 und der Fernsehkamera 5 sowie mit dem Videovorverstärker
6, dem Videohauptverstärker mit Steuerzentrale 7 und dem Bildwiedergabegerät 8 dargestellt.
Das bei Bestrahlung am Ausgang des Röntgenbildverstärkers entstehende Röntgenschirmbild
des Aufnahmeobjekts 9 wird mit Hilfe der Fernsehkamera in Videosignale umgewandelt,
die von der Eingangsstufe 10 des Videovorverstärkers verstärkt und dem Eingang
11 der Schaltungsanordnung für die Konstanthaltung der Videosignalspannung an der
Basis des Transistors 12 zugeführt werden. Der Kollektorwiderstand dieses Transistors
wird durch den Schwingkreis mit der Induktivität 13, dem Fotowiderstand 14 als regelbarem
Dämpfungswiderstand und der Schaltungskapazität 15 gebildet, dem der ohmsche Widerstand
16 parallel geschaltet ist. Die beiden Widerstände 17,18 dienen als Basisspannungsteiler,
der Widerstand 19 im Emitterkreis stabilisiert die Transistorstufe durch Gegenkopplung.
Der Transistor 20 ist in der üblichen Weise mit seiner Basis über den Kopplungskondensator
21 an den Kollektor des Transistors 12 angekoppelt. Die beiden Widerstände
22,23 bilden den Basisspannungsteiler des Transistors 20. Das am Emitterwiderstand
24 dieses Transistors abfallende Videosignal, dessen Amplitude auf die im folgenden
geschilderte Weise konstant gehalten wird, gelangt über den Videohauptverstärker
7 an das Bildwiedergabegerät B.
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Der am Kollektorwiderstand 25 des Transistors 20
abfallende
Teil des Videosignals wird über den Kopplungskondensator 26 dem gemeinsamen Anschlußpunkt
der beiden hintereinandergeschalteten Gleichrichter 27,28 zugeführt, denen
der Kondensator 29 in Serie geschaltet ist. Dieser Kondensator lädt sich auf den
Spitzenwert der Videosignalspannung auf, die der Basis des pnp-Transistors 30 zugeführt
wird, an dessen Kollektor der npn-Transistor 31 galvanisch angekoppelt ist.
Der Emitterspannungsteiler 32 des Transistors 30 ist regelbar. Durch Verstellen
des Abgriffs kann die Emittervorspannung und damit der Einsatzpunkt des Kollektorstroms
in Abhängigkeit von der Basisspannung bestimmt werden. Im Kollektorstromkreis des
Transistors 31 befindet sich die Glühlampe 33, deren Helligkeit, die von der Höhe
des Kollektorstroms des Transistors 31 abhängt, den Wert des Fotowiderstandes 14
bestimmt.
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Befindet sich nun zwischen Röntgenstrahlenquelle und Bildverstärker
ein stark strahlenabsorbierendes Aufnahmeobjekt, so ist die Videosignalspannung
am Eingang des Transistors 12 gering. Es sei angenommen, daß ihr Wert nicht ausreicht,
um den mit Hilfe des Spannungsteilers 32 eingestellten Einsatzpunkt des Kollektorstroms
des Transistors 30 zu überschreiten, so daß durch die Glühlampe33 kein Strom fließt
und der Fotowiderstand 14 sehr hochohmig ist. Sein Widerstandswert beträgt beispielsweise
einige Megaohm, so daß der gesamte Kollektorstrom des Transistors 12 durch den Widerstand
16 fließt, der einen Wert von 2 bis 3 kOhm besitzt. Dabei ist die Verstärkung im
unteren Frequenzbereich maximal. Mit steigender Videofrequenz wird der dem ohmschen
Widerstand 16 parallelgeschaltete kapazitive Widerstand 15 wirksam, so daß der Gesamtwiderstand
des Kollektorstromkreises und damit die Verstärkung der Transistorstufe nach höheren
Frequenzen zu absinkt. Es ergibt sich ein Verstärkungsverlauf in Abhängigkeit von
der Videofrequenz, wie er etwa der Kurve a in F i g. 2 entspricht.
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Bei einem sehr wenig strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekt ist die
Videosignalspannung an der Basis des Transistors 12 groß. Dadurch wird der vom Spannungsteiler
32 eingestellte Einsatzpunkt des Kollektorstroms des Transistors 30 überschritten,
so daß nunmehr auch im Kollektorstromkreis des Transistors. 31 Strom fließt, die
Glühlampe 33 in Abhängigkeit von der Höhe dieses Stroms aufleuchtet und den Widerstandswert
des Fotowiderstandes 14 entsprechend verringert. Für den unteren Videofrequenzbereich
wird dadurch der von der Induktivität 13 und dem nunmehr sehr niederohmigen Fotowiderstand
14 gebildete Parallelzweig zum Widerstand 16 wirksam, so daß der Gesamtwiderstand
im Kollektorkreis des Transistors 12 und damit seine Verstärkung gering ist. Für
den oberen Frequenzbereich bildet der aus der Induktivität 13 und der Kapazität
15 gebildete Schwingkreis, der etwa auf die obere Videogrenzfrequenz abgestimmt
ist, einen Widerstand, der mit zunehmender Frequenz wächst. In gleicher Weise verläuft
die Verstärkung dieser Stufe. Der Verstärkungsverlauf in Abhängigkeit von der Videofrequenz
ist für diesen Fall in Kurve b der F i g. 2 dargestellt.
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Zwischen diesen beiden Extremfällen ergeben sich für die verschiedenen
Signalspannungen fließende Übergänge. Für einen dieser Zwischenwerte ist der Verstärkungsverlauf
in Abhängigkeit von der Videofrequenz in Kurve c der F i g. 2 dargestellt.
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Aus den Kurven der F i g. 2 ist zu entnehmen, daß bei geringer Eingangsamplitude
des Videosignals, also bei geringem Signal-Rausch-Verhältnis, die Verstärkung im
unteren Frequenzbereich hoch ist, während sie im oberen Frequenzbereich, etwa oberhalb
von 2 MHz, ständig abnimmt. Dieser Verstärkungsverlauf ist deshalb erwünscht, weil
sich die feinen Bilddetails bei dem vorhandenen geringen Nutzsignalpegel nicht mehr
aus dem Rauschpegel herausheben. Das Frequenzspektrum oberhalb von 2 MHz enthält
also praktisch nur noch Rauschsignal. Durch die Unterdrückung dieses Frequenzspektrums
und damit des besonders störenden, keine Informationen mehr enthaltenden hochfrequenten
Spektrums wird die subjektive Erkennbarkeit des Informationen enthaltenden Bereichs,
bis etwa 2 MHz, deutlich verbessert. Umgekehrt wird bei hohen Amplituden des Eingangssignals,
also bei schwach strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekten, eine subjektive Bildverbesserung
dadurch erzielt, daß der Frequenzbereich oberhalb von. etwa 2 MHz relativ weniger
abgeschwächt wird als der übrige. Dadurch werden die Kanten der Bereiche kleiner,
normalerweise nur schwer erkennbarer Details versteilert, was besonders bei den
ohnehin sehr geringen Kontrasten röntgenologisch dargestellter medizinischer Objekte
zu einer beachtlichen subjektiven Bildverbesserung führt.
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Damit ist das Ziel der Erfindung, nämlich die automatische Verstärkungsregelung
bei gleichzeitiger frequenzabhängiger Korrektur des Verstärkungswertes im Sinn einer
subjektiven Bildverbesserung, erreicht.