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Hochgeschwindigkeits-Röntgenvideographieanlage

Die biplanare Hochgeschwindigkeits-Röntgenvideographieanlage (Neurostar®, Siemens AG) ist der Prototyp einer umgerüsteten Angiographieanlage. Sie wurde von Dipl. Ing. Heinz Horbaschek und Dipl. Ing. Mircea Alexandrescu an die Bedürfnisse der Bewegungsforschung am Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie angepasst und dafür entsprechend auf Hardware- sowie Software-Ebene umgebaut und ergänzt. Die Anlage besteht aus zwei Strahlenquel­len und zwei zugehörigen Bildverstärkern (Durchmesser: 40 cm), die an zwei C-Bögen befes­tigt sind. Die beiden Bögen sind getrennt voneinander in nahezu jeder Raumrichtung schwenkbar und können so in verschiedenen Winkeln zueinander eingestellt werden. Der Abstand zwischen Röntgenröhre und Empfänger ist auf minimal 52 cm und maximal 75 cm einstellbar. Die Steuerung erfolgt über eine speziell entwickelte zentrale „intelligente“ Bedieneinheit, die die Röntgenröhren vor Überlastung schützt. Mit ihr können alle für die Röntgenszenen relevan­ten Parameter in einem großen Variationsbereich vorgewählt werden (Röhrenfokus, Span­nung, Stromstärke, Zoom des Bildverstärkers, maximale Szenenzeit, Irisblende). Dadurch lassen sich optimierte Programme für die konkrete Fragestellung und das zu untersuchende Tier zusammenstellen.

Hochgeschwindigkeits-Röntgenvideographieanlage (biplanarer Aufbau) in Kombination mit zwei zusätzlichen Highspeed-Kameras für simultane Normallichtaufnahmen. Kontrollraum mit zentraler Anlagenbedienung.

Zwei integrierte Highspeed-Kameras (SpeedCam® Visario g2, Weinberger GmbH) filmen die Röntgenbilder vom jeweiligen Bildverstärker ab. Die entstehenden digitalen Videosequenzen können in Abhängigkeit von Aufnahmefrequenz und Bildauflösung bis zu 16 Sekunden lang sein. Limitierend dabei ist der Speicher der Kameras. Die Aufnahmefrequenz beträgt 50 - 2000 Hz, die Auflösung ist wählbar von 512 x 192 über 768 x 512 und 1024 x 768 bis 1536 x 1024 Pixel. Mit Hilfe eines Shutters kann Unschärfen bei sehr schnellen Bewegungen entgegengewirkt werden. Durch die Zoom-Möglichkeit von 40 cm (16 Zoll, Vollbild) über 28 cm (11 Zoll) und 20 cm (8 Zoll) bis zu 14 cm (6 Zoll) können bei genügender Elektronendichte Strukturen bis zu 0,1 mm aufgelöst werden. Vor den Bildverstärkern lässt sich ein Gitter einschieben, das als Referenz zur Korrektur von Verzerrungseffekten dient (Kissenverzerrung, S-Verzeich­nung). Die Strahlungsquelle arbeitet mit einer niedrig dosierten kontinuierlichen Strahlung. Beson­ders bei kleinen Tieren ist vergleichsweise wenig Strahlung nötig, um den Körper zu durch­drin­gen. Zur Einrichtung von Versuchsaufbau und Kameras sowie zur Einstellung der passen­den Röntgenparameter gibt es zusätzlich einen Low-Dose-Mode bei einer Aufnahmefre­quenz von 100 Hz. Zwei zusätzliche monochrome Normallicht-Highspeed-Kameras (SpeedCam®MiniVis, Wein­berger GmbH) können frei in der Szene positioniert werden, um einen Überblick zu geben oder ein Detail (z.B. Auffußmoment) zu überwachen. Sie haben eine hohe Lichtempfindlich­keit, eine Auflösung von 512 x 512 Pixeln und eine Aufnahmefrequenz von bis zu 2000 Hz.

Synchrone Aufnahme eines Chamäleons mit den vier Kameras. Röntgenaufnahmen von der Seite und von oben, Normallichtaufnahmen als Detail und Übersicht.

Die Kameras sind synchronisiert und alle vier Videos können gleichzeitig live mit Hilfe der Software Visart® (HS Vision) überwacht werden. Durch die Nutzung eines post triggers sind die gespeicherten Aufnahmen synchron. Sie können dann mit Visart weiter bearbeitet wer­den (Auswahl des relevanten zeitlichen Ausschnittes, Kontrastverstärkung, Schärfefilter etc.). Die Wiedergabefrequenz kann dabei von Einzelbildwiedergabe bis Zeitraffer gewählt wer­den. Zusätzlich gibt es einen externen Trigger, der die synchrone Aufnahme anderer Daten zu den Bildaufnahmen gestattet, so zum Beispiel Kraftmessdaten, Elektromyogramme, Ton­aufnahmen oder Herzdruckmessungen. Der externe Trigger funktioniert über ein 5V Signal. Die Rohdaten werden auf dem Archivserver der Universität Jena gesichert. Je nach weiterer Nutzung können sie in verschiedenen Formaten, beispielsweise als .avi, .tif oder .png gespei­chert werden. Die Rohdaten sind nicht entzerrt und nicht kalibriert. Kalibrierkörper und Ver­zerrungskorrektur-Gitter werden zu jeder Versuchsanordnung gefilmt und liegen ebenfalls als Rohdaten vor.