DE1935254C3 - Gerät zur näherungsweisen Bestimmung des Volumens eines Körperorgans, insbesondere des Herzens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur näherungsweisen Bestimmung des Volumens eines Körperorgans, insbesondere des Herzens, bei dem mittels Röntgendurchstrahlung aus zwei zueinander senkrechten Richtungen Aufnahmen vom Körperorgan hergestellt, die Konturen jeder Aufnahme entsprechend der Unterteilung des Organs in eine Vielzahl paralleler zylindrischer Schichten mit elliptischen Deckflächen zeilenweise abgetastet und den Längen der jeweils abgetasteten Schicht in beiden Aufnahmen entsprechende elektrische Signale gebildet werden, aus denen ein dem Volumen der zugehörigen Schicht mindestens angenähert entsprechendes Signal ermittelt wird und das Volumen des Organs durch Aufsummierung der den Schichtvolumina entsprechenden Signale bestimmt wird.

Ein Gerät dieser Art ist in der Zeitschrift »THE AMERICAN JOURNAL OF CARDIOLOGY«, Juli

Ij.

1966. auf den S. 31 bis 42 beschrieben. Das bekannte Gerät, mit dem die Volumina der Herzkammern bestimmt werden können, besitzt einen Tastkopf, durch den die Konturen der beiden Aufnahmen, nämlich der sagiitalen und der lateralen Aufnahme, abgetastet werden und der den Koordinaten des jeweils abgetasteten Punktes entsprechende elektrische Signale liefert, die einem Digitalrechner zugeführt werden. Der Digitalrechner berechnet aus den Koordinaten die Volumina der Schichten, indem er die Flächen der Ellipsen bestimmt, deren beide Achsen jeweils durch die Breiten der Aufnahmen verkörpert werden und diese mit einem Höhenfaktor multipliziert. Durch Summierung sämtlicher Teilvolumina wird dann das Volumen des Körperorgans (Herzkammer) vom Rechner ermittelt. Es hat sich gezeigt, daß die Annäherung der Teilvolumina durch kleine Zylinder mit elliptischen Deckflächen eine ausreichend genaue Ermittlung des Volumens des Körperorgans ermöglicht. Durch die Verwendung eines Digitalrechners zur Volumenbestimmung ist jedoch ein relativ großer Aufwand bedingt, so daß ein solches Gerät teuer und sein Einsatz begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß auf einen Digitalrechner verzichtet werden kann und damit der Aufwand verringert wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß /ur Bildung der den Organabmessungen entsprechenden elektrischen Signale für beide Aufnahmen mindestens eine Fernsehaufnahmekamera vorgesehen ist, wobei bei der Verwendung von je einer Fernsehaufnahmekamera für je eine Aufnahme die Bildzeilen der Fernsehaufnahmekameras synchron hegen, daß der Zeilenabstand oder ein Vielfaches des Zeilenabstands der Fernsehaufnahmekamera bzw. der Fernsehaufnahmekameras gleich der Schichtdicke gewählt ist, und daß Schaltmittei zur Erzeugung von der jeweiligen Zeilenlänge innherhalb der Kontur entsprechenden Ausgangssignalen vorgesehen sind.

Eine Volumenbestimmung ist auf diese Weise nur dann möglich, wenn entweder die beiden Aufnahmen in jeweils einer Richtung, z. B. in ihrer der Längsausdehnung des Herzens entsprechenden Richtung gleich groß sind oder wenn bei unterschiedlich großen Aufnahmen eine entsprechende Korrektur in dem der Fernsehkamera zugeordneten Schaltkreis erfolgt. Eine solche Korrektur kann in einfacher Weise erfolgen, wenn die beiden Aufnahmenvon je einer Fernsehaufnahmekamera abgetastet werden, deren Bildzeilen synchron liegen, wobei die elektrischen Signale zur Bestimmung der Schichtflächen aus den durch die Konturen des Organs erzeugten Videosignalen gebildet werden.

Ein zeilenweises Auswerten der Aufnahmen bedingt für die signalverarbeitenden Schaltglieder wegen der hochfrequenten Anteile seiner Eingangssignale einen besonderen Aufwand. Zur Verringerung dieses Aufwandes ist es zweckmäßig, nur jede n-te Zeile abzutasten, wobei die Zeilenzahl η so gewählt ist, daß innerhalb dieser Zeilenzahl keine wesentliche Schichtflächenänderung zu erwarten ist.

Ein mit zwei Fernsehkameras ausgerüstetes Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist zweckmäßigerweise dadurch gebildet, daß im Videokanal jeder Fernsehkamera ein Schaltglied liegt, das ein der jeweiligen Zeilenlänge innerhalb der Kontur entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und daß die Ausgänge der beiden Schahglieder an einem Multiplikator angeschlossen sind, der nach dem Abtasten jeweils einer Zeile ein der zugeordneten Schichtdeckfläche entsprechendes Ausgangssignal liefert, wobei ein Taktgeber die Schaltglieder und den Multiplikator nach jeder Zeile in ihren Ausgangszustand zurückstellt und die Fernsehaufnahmekameras synchronisiert, und daß die Ausgangssignale des Multiplikators zur Bildung eines dem Organvolumen entsprechenden Signals einem Additionsglied zugeführt werden. Eine andere vorteilhafte Ausbildung eines Gerätes zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß Mittel zur Bildung eines Gesamtsignals vorgesehen sind, das der gleichzeitigen Abtastung beider Aufnahmen entspricht, daß das Gesamtsigna! einem Schaltglied zugeführt wird, das ein der jeweiligen Zeilenlänge innerhalb der Kontur entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und an dessen Ausgang ein Umschaltglied liegt, das durch die Zeilensynchronimpulse des Videosignals so gesteuert wird, daß das der einen Aufnahme entsprechende Ausgangssignal des Schaltgliedes dem einen Eingang und das der -mderen Aufnahme entsprechende Ausgangssignal dem anderen Eingang eines Multiplikators zugeführt wird, der nach dem Abtasten einer Zeile ein der entsprechenden .Schichtdeckfläche entsprechendes Ausgangssignal liefert, wobei ein Taktgeber den Multiplikator nach jeder Zeile in seinen Ausgangszustand zurückstellt, und daß die Ausgangssignale des Multiplikators zur Bildung eines dem Organvolumen entsprechenden Signals einem Additionsglied zugeführt werden.

Bei einem solchen Gerät ist es möglich, dann mit einer einzigen Fernsehaufnahmekamera auszukommen, die das Gesamtsignal liefert, wenn die beiden Aufnahmen in gleichem Maßstab, d. h. in gleicher Größe in bezug auf eine bestimmte Richtung des Organs vorliegen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteratisprüchen. In der Zeichnung stellt dar

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Gerätes zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

F i g. 2 den Signalverlauf an verschiedenen Punkten des in der F i g. 1 gezeigten Gerätes,

Fig. 3 eine andere Ausgestaltung eines Gerätes /ur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Fig.4 den Signalverlauf an verschiedenen Punkten des in der F i g. 3 gezeigten Gerätes und

Fig. 5 eine Variante des Aufnahmeteiles des in der F i g. 3 gezeigten Gerätes.

In der F i g. 1 sind zwei biplane Röntgenaufnahmen 1 und 2 des Organs gezeigt, von dem das Volumen bestimmt werden soll. Die Aufnahme 1 ist dabei z. B. eine sagittate Aufnahme und die Aufnahme 2 eine laterale Aufnahme. Die Höhen der Aufnahmen 1 und 2 sollen dabei der Längsausdehnung des Organs entsprechen und gleich groß sein, d. !1. die Aufnahmen 1 und 2 sollen im gleichen Maßstab vorliegen. Wichtig für die Auswertung durch das gezeigte Gerät sind die Konturen des Organs, die in der F i g. 1 eingezeichnet sind. Die Aufnahme 1 wird durch eine Fernsehkamera 3 und die Aufnahme 2 durch eine Fernsehkamera 4 zeilenweise abgetastet. Das Videosignal der Fernsehkamera 3 wird über einen Verstärker 3' einem Impulswandler 5 zugeführt, dem ein Integrator 6 nachgeschaltet ist. Das Atisgangssignal des Integrators 6 wird von einem Speicherglied 7 am jeweiligen Zeilenende übernommen. In gleicher Weise weist der Videokanal der Fernsehkamera 4 einen Verstärker 4',

einen Impulswandler 9, einen Integrator 10 und ein Speicherglied 11 auf. Die Ausgänge der Speichcrglieder 7 und 11 sind /.u einem Multiplikator 12 geführt, durch den die Ausgangssignale der Speicherglieder 7 und It miteinander multipliziert werden. Das dabei gebildete Produkt wird einem Additionsglied 13 zugeführt, das über ein Speicherglied 14 die Einstellung einer Anzeigeeinrichtung 15 für das Volumen bewirkt. Ein Taktgeber 16 synchronisiert die beiden Fernsehkameras 3 und 4 in der Weise, daß die Bildzeilen synchron verlaufen, stellt die Schaltelemente 6 und 10 am Ende jeder Bildzeile wieder in ihren Ausgangszustand zurück wenn ihre Ausgangssignale von den Speichergliedern 7 und 11 übernommen worden sind, wobei das am Multiplikatorausgang liegende Signal dem Additionsglied 13 zugeführt wird und bewirkt über einen Bildimpulsüberträger 17 die Rückstellung des Additionsglicdes 13 nach jedem Bild.

Bei der Abtastung der Aufnahmen 1 und 2 werden entsprechend der Unterteilung des Organs in eine Vielzahl paralleler Schichten den Impulswandlern 5 und 9 immer dann schmale Rechteckimpulse zugeführt, wenn die Kontur des jeweiligen Röntgenbildes abgetastet wird. Diese Impulse werden durch die Impulswandler 5 und 9 zu Rechteckimpulsen umgeformt, deren Dauer der jeweiligen Zeilenbreite innerhalb der Kontur der Aufnahme entspricht. Die Ausgangssignale der Impulswandler 5 und 9 an den Stellen A und B haben daher z.B. den in der Fig. 2 mit .'i und b gezeigten Verlauf. Sie bewirken die Steuerung der Integratoren 6 und 10 in der Weise, daß deren Ausgangsspannungen ein Maß für die jeweilige Zeilenbreite innerhalb der Konturen der Aufnahmen 1 und 2 darstellen. Der Verlauf dieser Ausgangsspannungen an den Stellen C und D ist in der Fig. 2 mit c und d bezeichnet. Die Speicherglieder 7 und 11 formen kurz vor dem Zeilenende aus diesen Signalen Rechteckimpulse, deren Amplitude der jeweiligen Zeilenbreite innerhalb der Konturen der Aufnahmen 1 und 2 entspricht und die bis zum Ende der nächsten Zeile, also praktisch während des Abtastens einer ganzen Zeile an den Eingängen des Multiplikators 12 liegen (c und fm der F i g. 2). Der Multiplikator 12 hat daher ausreichend Zeit, um aus diesen Impulsen ein der zugehörigen Schichtdeckfläche entsprechendes Signal zu bilden, das. mit einem Höhenfaktor multipliziert, ein dem Volumen der Schichtfläche entsprechendes Signal ergibt, welches dem Additionsglied 13 zugeführt wird.

Wenn die beiden Aufnahmen 1 und 2 über ihre volle Höhe durch die Fernsehkameras 3 und 4 abgetastet sind, ist somit in dem Additionsglied 13 ein Signal gespeichert, das dem Volumen des durch die Aufnahmen 1 und 2 wiedergegebenen Organs entspricht. Das Volumen wird durch die Anzeigeeinrichtung 15 angezeigt.

Bei dem in der F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Ausgangssignale der Verstärker 3' und 4' einem Oberlagerungsglied zugeführt das daraus ein Gesamtsignal bildet das der gleichzeitigen Abtastung beider in Zeilenrichtung nebeneinanderliegenden Aufnahmen entspricht Da beim Abtasten der Aufnahmen 1 und 2 jede Kontur einen scharfen Rechteckimpuls im Videosignal liefert hat das Signal G z. B. den in der Fig.4 mit g gezeigten Verlauf. Dieses Signal wird einem Impulswandler 19 zugeführt, der an seinem Ausgang H Rechteckimpulse erzeugt, deren Breite der jeweiligen Zeilenbreite innerhalb der Konturen der Aufnahmen 1 und 2 entspricht (h in der I·" i g. 4). Ein dem Impulswandler 19 nachgeschalteter Integrator 20 bildet daraus an seinem Ausgang /Signale i deren Amplituden diesen Konturen entsprechen. Diese Signale / werden einem Unischaltglied 21 zugeführt. Das Umschaltglied 21 wird durch ein Zeitteilungsglied 22. das über ein Synchronsignalabtrennungsglicd 23 gesteuert wird, so gesteuert, daß während des Verlaufs einer Zeile das erste Ausgangssignal des Integrators 20 einem

ίο Speicherglicd 24 und das zweite Ausgangs-Signal einem Speicherglied 25 zugeführt wird. Dementsprechend haben die Spannungen an den Stellen K und Lden in der Fig.4 mit k und / bezeichneten Verlauf. Die Speicherglieder 24, 25 formen aus den ihnen zugcführten Eingangssignalen Rechteckimpulsc, deren Amplituden den jeweiligen Zeilcnbrciten innerhalb der Konturen der Aufnahmen 1 und 2 entsprechen, und die bis zum Zeilenende vorliegen. Diese Ausgangssignale an den Stellen M und N sind in der Fig.4 mit m und η bezeichnet und werden Speichergliedern 24' und 25' zugeführt, welche diesen Signalen entsprechende Signale in gleicher Weise wie bei dem in der Fig. I gezeigten Ausführungsbeispiel (Signale c und f) während des Abtastens der nächsten Zeile dem Multiplikator 12 anbieten. Die Speichergliedcr 24' und 25' werden am Ende jeder Zeile wieder in ihren Ausgangszustand zurückgestellt. Der Multiplikator 12 bewirkt wie bei dem in der Fig. I gezeigten Ausführungsbeispiel über das Additionsglied 13 und das Speicherglied 14 die Einstellung der Anzeigeeinrichtung 15.

Durch das Synchronsignalabtrcnnungsglied 23 werden die Schaltelemente 24, 25, 12 nach jeder Zeile und über den Bildimpulsübertrager 17 das Additionsglied 13 nach jedem Bild in ihren Ausgangszustand zurückgestellt. Der Integrator 20 wird vom Zeittcilungsglied 22 nach jeder halben Bildzeile gelöscht.

Das Gerät nach der F i g. 3 hat gegenüber dem Gerät nach der F i g. 1 den Vorteil, daß die Schaltelemente 19 und 20 nicht doppelt erforderlich sind. Dafür sind jedoch Schaltglieder für die Abtrennung der der jeweiligen Aufnahme entsprechenden Signale aus dem Ausgangssignal des Integrators 20, nämlich eine elektronische Weiche, erforderlich.

Falls die Aufnahmen 1 und 2 in gleichem Maßstab. d. h. in einer bestimmten Richtung des Organs in gleicher Größe vorliegen, können sie gemäß F i g. 5 auch unmittelbar nebeneinander gelegt werden. Da dann keine elektronische Maßstabskorrektur erforder- Hch ist können beide Aufnahmen 1 und 2 gleichzeitig von einer einzigen Fernsehaufnahmekamera 26 mit einem Videoverstärker 27 abgetastet werden. Am Ausgang G des Videoverstärkers 27 liegt dann bereits das Gesamtsignal J-(Fig.4). Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 ermöglicht es also, mit einer Fernsehkamera auszukommen.

Sowohl in der F i g. 2 als auch in der F i g. 4 sind dei Vollständigkeit halber noch die Zeilensynchronimpulse die nicht näher bezeichnet sind, in Verbindung mi jedem der Signale a bis π eingezeichnet

Zur Verringerung des Schaltungsaufwands für der Multiplikator empfiehlt es sich, nur jede n-te Zeile de; Fernsehbildes zur Volumenbestimmung auszuwerten Die Zahl π muß dabei so gewählt werden, daß innerhalt dieser Zeilenzahl keine wesentliche Schichtflächenän derung zu erwarten ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

'^V Patentansprüche:

1. Gerät zur näherungsweisen Bestimmung des Volumens eines Körperorgans, insbesondere des Herzens, bei dem mittels Röntgendurchstrahlung aus zwei zueinander senkrechten Richtungen Aufnahmen vom Körperorgan hergestellt, die Konturen jeder Aufnahme entsprechend der Unterteilung des Organs in eine Vielzahl paralleler zylindrischer Schichten mit elliptischen Deckflächen zeilenweise abgetastet und den Längen der jeweils abgetasteten Schicht in beiden Aufnahmen entsprechende elektrische Signale gebildet werden, aus denen ein dem Volumen der zugehörigen Schicht mindestens angenähert entsprechendes Signal ermitteit wird und das Volumen des Organs durch Aufsummierung der den Schichtvolumina entsprechenden Signale bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der den Organabmessungen entsprechenden elektrischen Signale für beide » Aufnahmen (t, 2) mindestens eine Fernsehaufnahmekamera (3, 4; 26) vorgesehen ist, wobei bei der Verwendung von je einer Fernsehaufnahmekamera (3, 4) für je eine Aufnahme (1, 2) die Bildzeilen der Fernsehaufnahmekameras (3, 4) synchron liegen. *5 daß der Zeilenabstand oder ein Vielfaches des Zeilenubstands der Fernsehaufnahmekamera (26) bzw. der rernsehaufnahmekameras (3, 4) gleich der Schichtdicke gewählt ist. und daß Schaltmittel (5,6, 7; 9,10,11; 19,20) zur Erzeugung von der jeweiligen 3<> Zeilenlänge innerhalb der Kontur entsprechenden Ausgangssignalen vorgesehen sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur jede /Me Zeile abgetastet wird, wobei die Zeilenzahl η so gewählt ist daß innerhalb dieser 3$ Zeilenzahl keine wesentliche Schichtflächenänderung zu erwarten ist.

3. Gerät nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Videokanal jeder Fernsehkamera (3, 4) ein Schaltglied (5,6, 7; 9, 10, 11) liegt. das ein der jeweiligen Zeilenlänge innerhalb der Kontur entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und daß die Ausgänge der beiden Schaltglieder an einem Multiplikator (12) angeschlossen sind, der nach dem Abtasten jeweils einer Zeile ein der entsprechenden Schichtdeckenfläche entsprechendes Ausgangssignal liefert, wobei ein Taktgeber (16) die Schaltglieder und den Multiplikator nach jeder Zeile in ihren Ausgangszustand zurückstellt und die Fernsehaufnahmekameras synchronisiert, und daß die Ausgangssignale des Multiplikators /ur Bildung eines dem Organvolumen entsprechenden Signals einem Additionsglied(13) zugeführt werden.

4. Gerät nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaltglied einen Impulswandler (5). der Impulse erzeugt, deren Dauer den jeweiligen Zeilenlängen innerhalb der Konturen des Organes entspricht und einen dem Impulswandler nachgeschalteten Integrator (6), dessen Ausgangsspannung von der jeweiligen üauer der vom Impulswandler gelieferten Impulse abhängt, umfaßt.

5. Gerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (3,4,3', 4', 18; 26,27) zur Bildung eines Gesamtsignals vorgesehen sind, das der gleichzeitigen Abtastung beider Aufnahmen entspricht, daß das Gesamtsignal einem Schaltglied (19, 20) zugeführt wird, das ein der jeweiligen Zeüenlänge innerhalb der Kontur entsprechendes Ausgangssignal erzeugt und an dessen Ausgang ein Umschaltglied (21) liegt, das durch die Zeilensynchronimpulse des Videosignals so gesteuert wird, daß das der einen Aufnahme entsprechende Ausgangssignal des Schaltgliedes dem einen Eingang und das der anderen Aufnahme entsprechende Ausgangssignal dem anderen Eingang eines Multipiikators (12) zugeführt wird, der nach dem Abtasten einer Zeile ein der zugeordneten Schichtdeckfläche entsprechendes Ausgangssignal liefert, wobei ein Taktgeber (23) den Multiplikator nach jeder Zeile in seinen Ausgangszustand zurückstellt, und daß die Ausgangssignale des Multiplikators zur Bildung eines dem Organvolumen entsprechenden Signals einem AdditionsgJied (13) zugeführt werden.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied aus einem Impulswandler (19). der Impulse erzeugt, deren Dauer den jeweiligen Zeilenlängen innerhalb der Konturen des Organes entspricht und einem dem Impulswandler nachgeschalteten Integrator (20) besteht, dessen Ausgangsspannung von der jeweiligen Dauer der vom Impulswandler gelieferten Impulse abhängt und der nach jedem Ausgangsimpuls des Impulswandlers (19) wieder in seinen Ausgangszustand zurückkehrt.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Multiplikator Speicherglieder (24, 25) vorgeschaltet sind, durch die die Ausgangssignale des Umschaltgliedes (11) bis zum jeweiligen Zeilenende gehalten werden, und weitere Speicherglieder (24', 25') vorhanden sind, die diese Ausgangssignale während des \btastens der nächsten Zeile dem Multiplikator zur Verarbeitung anbieten.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß beide Aufnahmen von je einer Fernsehkamera (3, 4) abgetastet werden, deren Bildzeilen synchron liegen, und die Videosignale beider Fernsehkameras einem Überlagerungsglied (18) zugeführt werden das daraus das Gesamtsignal bildet.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Aufnahmen gleichzeitig von einer einzigen Fernsehaufnahmekamera (26) abgetastet werden, die das Gesamtsignal liefert.