DE19531627C1

DE19531627C1 - X=ray imaging system operating method

Info

Publication number: DE19531627C1
Application number: DE1995131627
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Ing Hassler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2015-08-29

Abstract

The method involves using an x-ray imaging system, that includes a matrix-detector. Sectional magnification is carried out with a large number of different magnification factors, by selectively grouping pixels of the matrix. Non-grouped, single-line read out is alternated with grouped, double-line read out, which pref. produces a step width sampling factor of 1.5. Image sections are pref. dimensioned to a standard matrix size by interpolation. The grouped image is low pass filtered. The sampling points for grouped and non-grouped lines are separated by 180 degrees. The typical image frequency may increase from 10 images per second to 15, 17, 20, 25, or up to 30 images per second.

Description

Zur Röntgenbilderzeugung ist es bekannt, einen Röntgenbild verstärker zu verwenden, bei dem durch geeignete Ansteuerung Ausschnittsvergrößerungen (Zoom) möglich sind. Anstelle eines Röntgenbildverstärkers kann auch ein aus einer Matrix von Detektorelementen bestehender Halbleiterdetektor auf der Basis von a-Si : H verwendet werden. Bei einem Röntgenbildver stärker kann das Vergrößerungsverhältnis frei gewählt werden. Mit der Vergrößerung steigt die Ortsauflösung. Die Bildfre quenz bleibt erhalten.An X-ray image is known for X-ray image generation to use amplifiers with the appropriate control Enlargements (zoom) are possible. Instead of one X-ray image intensifier can also be one of a matrix of Detector elements existing semiconductor detector on the Base of a-Si: H can be used. With an X-ray image ver the magnification ratio can be freely selected. The spatial resolution increases with the enlargement. The Bildfre quenz is retained.

In DE 36 26 532 A1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Matrix optoelektronischer Sensoren beschrieben, bei welcher die Bildgeometrie verändert werden kann, indem das Bild in einer Richtung gedehnt bzw. gestaucht wird. In EP 0 644 687 A2 ist eine einem CCD-Wandler nachgeschaltete elektronische Zoom-Einrichtung beschrieben, bei welcher eine Interpolation benachbarter Zeilen vorgenommen wird. Eine In terpolation benachbarter Pixel wird in der in US 5,083,208 beschriebenen elektronischen Zoom-Einrichtung verwendet.DE 36 26 532 A1 includes an X-ray diagnostic device described a matrix of optoelectronic sensors, at which the image geometry can be changed by the Image is stretched or compressed in one direction. In EP 0 644 687 A2 is a downstream of a CCD converter Electronic zoom device described, in which a Interpolation of adjacent lines is made. An in Terpolation of neighboring pixels is in the in US 5,083,208 described electronic zoom device used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Bilddetektors, der aus einer Matrix von Detek torelementen besteht, so auszubilden, daß der Zoom den Ver hältnissen bei einem Röntgenbildverstärker weitgehend ent spricht, d. h. das Vergrößerungsverhältnis im Rahmen der Er fordernisse weitgehend frei gewählt werden kann.The invention has for its object a method for Operation of an image detector consisting of a matrix from Detek gate elements exist so that the zoom ver conditions in an X-ray intensifier largely ent speaks, d. H. the enlargement ratio under the Er requirements can largely be freely chosen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch den Patentanspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by claim 1. Further training results from the subclaims.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:The invention is based on the drawing he he purifies. Show it:

Fig. 1 die Darstellung eines aus einer Detektormatrix beste henden Bilddetektors zur Erläuterung des Erfindungs gedankens, Fig. 1 is an illustration of a best of a detector array Henden image detector for explaining the Invention thought,

Fig. 2 Rechenschritte für den Bilddetektor gemäß Fig. 1, Fig. 2 calculation steps for the image detector according to Fig. 1,

Fig. 3 die Darstellung verschiedener Zoomfaktoren für einen Matrix-Bilddetektor für konstante Bildfrequenz, Fig. 3 is an illustration of different zoom factors for a matrix image detector for constant frame frequency,

Fig. 4 Matrixverkleinerungen ohne Zoom mit steigender Bild frequenz, Fig. 4 matrix reductions without zoom with increasing frame rate,

Fig. 5 die Signalverarbeitung im Orts- und Frequenzraum, Fig. 5, the signal processing in the spatial and frequency domain,

Fig. 6 Frequenzfunktionen für 1/cos-Filter zur Erläuterung der Fig. 5, Fig. 6 frequency functions for 1 / cos filters for explaining the Fig. 5,

Fig. 7 einen Filterkern für 1/cos-Filter für die Frequenz funktion gemäß Fig. 6, Fig. 7 shows a filter core for 1 / cos filters for the frequency function shown in FIG. 6,

Fig. 8 die dynamisch verschobene Gruppierung zur Artefakt unterdrückung und Interpolation auf die Zielmatrix, und Fig. 8, the dynamically shifted grouping for artifact suppression and interpolation to the target matrix, and

Fig. 9 und 10 eine um 120° versetzte Abtastung im Ortsbe reich und im Frequenzbereich. Fig. 9 and 10 offset by 120 ° in the sampling Ortsbe rich and in the frequency domain.

Als bevorzugtes Beispiel wird der Zoomfaktor 1,5 erzeugt, bei dem die Bildfrequenz erhalten bleiben kann und die Grenzauf lösung entsprechend um den Faktor 1,5 sinkt.As a preferred example, the zoom factor 1.5 is generated at which the frame rate can be maintained and the limit solution decreases accordingly by a factor of 1.5.

Die Fig. 1 zeigt als Beispiel einen 20 cm × 20 cm-Detektor 1 mit einer 1.000 × 1.000-Matrix mit dem inneren Zoomfeld 2 für 10 cm × 10 cm einer 500 × 500-Matrix für 15 cm × 15 cm. Wenn im 10 cm × 10 cm-Zoom eine Bildfrequenz von 30 Bildern pro Sekunde bei einer Grenzauflösung von 2,5 Linienpaaren/mm (Lp) erreicht wird, kann nach dem Stand der Technik der ganze Detektor 1 durch Gruppierung von Nachbarpixeln mit gleicher Frequenz und halber Grenzauflösung ausgelesen werden. Fig. 1 shows as an example a 20 cm x 20 cm Detector 1 having a 1000 x 1000 matrix with the inner zoom box 2 for 10 cm × 10 cm of a 500 x 500 matrix for 15 cm × 15 cm. If a frame rate of 30 frames per second with a limit resolution of 2.5 line pairs / mm (Lp) is achieved in the 10 cm × 10 cm zoom, according to the prior art the whole detector 1 can be grouped together by neighboring pixels with the same frequency and half limit resolution can be read out.

Ein Zoomfeld von 15 cm × 15 cm mit einer 500 × 500-Matrix er reicht man durch örtlich unterschiedliche Gruppierung, wie rechts angedeutet. Es wechselt - zunächst bezogen auf die Zeilen - eine nicht gruppierte, einzeilige Auslesung mit einer gruppierten Doppelzeilen-Auslesung. Die Schwerpunkte der Abtastung sind mit Strichen rechts gekennzeichnet. Die Schrittweite der Abtastung steigt um den Faktor 1,5. Damit steigt die Kantenlänge des Zoomfeldes 3 von 10 cm auf 15 cm (Zoomfeld 3) und die Grenzauflösung sinkt um den Teiler 1,5 von 2,5 Lp/mm auf 1,7 Lp/mm. Weil die Matrixgröße unverändert 500 × 500 beträgt, bleibt die Bildfrequenz erhalten. Durch nachgeschaltete Interpolation kann z. B. auf einer 1.000 × 1.000-Matrix dargestellt werden.A zoom field of 15 cm × 15 cm with a 500 × 500 matrix can be reached by different groups, as indicated on the right. It changes - initially with reference to the lines - a non-grouped, single-line reading with a grouped double-line reading. The focus of the scan is marked with dashes on the right. The step size of the scan increases by a factor of 1.5. This increases the edge length of the zoom field 3 from 10 cm to 15 cm (zoom field 3 ) and the limit resolution decreases by the divider 1.5 from 2.5 Lp / mm to 1.7 Lp / mm. Because the matrix size remains unchanged at 500 × 500, the frame rate is retained. Through downstream interpolation z. B. can be displayed on a 1,000 × 1,000 matrix.

Der unterschiedlichen Pixelgröße (1sp, 2sp) entsprechend ist das Ergebnisbild in zwei Teilbilder, einmal mit Zeilen für einzeilige (g1-s2-Bild) und solche für gruppierte Auslesung (g2-s1-Bild) aufgeteilt. Das gruppierte Halbbild ist zu höheren Vertikalfrequenzen hin stärker tiefpaßgefiltert, wie unten genauer abgeleitet ist.Corresponding to the different pixel size (1sp, 2sp) the result image in two drawing files, one with lines for single-line (g1-s2 image) and those for grouped reading (g2-s1 picture). The grouped field is closed higher vertical frequencies more low-pass filtered, such as is derived in more detail below.

Dieser Unterschied soll nach Fig. 2 durch eine Hochpaßfilte rung 4 in Spaltenrichtung nur in dem gruppierten Teilbild ausgeglichen werden. Nach der Filterung können die beiden Teilbilder zum Summenbild 5 wieder vereinigt werden. Der Block 6 stellt ein interpoliertes Bild in einer 1.000 × 1.000-Matrix dar.This difference is to be compensated for in FIG. 2 by a high-pass filter 4 in the column direction only in the grouped field. After filtering, the two partial images can be combined again to form the total image 5 . Block 6 represents an interpolated image in a 1,000 × 1,000 matrix.

Für die 2. Dimension (Spalten) kann auf zwei Weisen verfahren werden:There are two ways to proceed for the 2nd dimension (columns) will:

a) Because of the parallel reading of the columns without Time loss Transfer values of all columns to the computer and reduced there to the target matrix by interpolation will.
b) the same alternating sampling / partial filtering as above can be traced in the computer in the second step. The filtering then corresponds to a two-dimensional one High pass filtering.

Die Fig. 3 zeigt weitere praktisch relevante Zoom-Faktoren, z. B. für einen Radiographiedetektor und die zugeordneten Ab tastungen, bei einer konstanten Bildfrequenz von 30 Bildern/s (B/s). Fig. 3 shows other practically relevant zoom factors, e.g. B. for a radiography detector and the associated From samples, at a constant frame rate of 30 frames / s (B / s).

Mit der Fig. 4 soll gezeigt werden, daß die Abtastung mit wechselnder Gruppierung und Teilbildfilterung auch dazu ge nutzt werden kann, ohne Zoom ein Vollbild konstanter Dimen sionen in unterschiedlichen, nicht nur ganzzahligen Matrix größen/Auflösungen auszulesen und dabei die maximal möglichen Auslesegeschwindigkeiten zu nutzen. Im Beispiel verkleinert sich die Matrix in den Schritten 3.000, 2.000, 1.800, 1.500, 1.200, 1.000, wobei typische Bildfrequenzen von 10 B/s über 15 B/s, 17 B/s, 20 B/s, 25 B/s zu 30 B/s aufsteigen.With the FIG. 4 it will be shown that scanning with changing grouping and frame filtering also ge to uses can be, without zoom, a frame constant Dimen sions in different, not only integer matrix sizes / resolutions read out and taking advantage of the maximum possible readout speeds . In the example, the matrix shrinks in steps 3,000, 2,000, 1,800, 1,500, 1,200, 1,000, with typical frame rates of 10 fps over 15 fps, 17 fps, 20 fps, 25 fps 30 bps rise.

Die Fig. 5 veranschaulicht eine systemtheoretische Betrach tung in der Gegenüberstellung links des Ortsbereiches und rechts des Frequenzbereiches. Eine cosinusförmige Muster schwingung mit der Periode von 9 Rasterweiten sp wird mit den Pulsbreiten pw1 = 1sp und pw2 = 2sp abgetastet. Im Ortsbe reich entspricht dies einer Faltung mit dem Ergebnis unter schiedlich gedämpfter Schwingungen gleicher Frequenz. Im Fre quenzbereich entspricht der Faltung eine Multiplikation mit Sinc-Funktionen unterschiedlicher Breite, die zu übertrieben gezeichneten Unterschieden der gefilterten Spektralnadeln führen. Fig. 5 illustrates a system-theoretical consideration in the comparison left of the local area and right of the frequency range. A cosine pattern oscillation with a period of 9 raster widths sp is scanned with the pulse widths pw1 = 1sp and pw2 = 2sp. In the local area this corresponds to a folding with the result of differently damped vibrations of the same frequency. In the frequency range, the folding corresponds to a multiplication with sinc functions of different widths, which lead to exaggerated differences in the filtered spectral needles.

Nachdem die endliche Pixelgröße so berücksichtigt ist, kann die Abtastung im Ortsbereich als Multiplikation mit Dirac-Im pulsen dargestellt werden, die zu den ganz unten gezeigten Abtastwerten führen. Die Abtaststellen liegen für nicht grup pierte und gruppierte Zeilen um 180° auseinander. Das zuge ordnete Linienspektrum zeigt diesen Phasenunterschied als Polaritätsunterschied der Teilspektren. In Summe ergibt sich das Spektrum für die Abtastung mit 1,5 sp, weil sich die Nadelspektren z. B. bei 1/3 sp kompensieren. After the finite pixel size is taken into account, the sampling in the local area as a multiplication by Dirac-Im pulses shown to those shown at the very bottom Lead samples. The sampling points are for no group separated and grouped lines 180 ° apart. The drawn ordered line spectrum shows this phase difference as Difference in polarity of the partial spectra. In total it results the spectrum for sampling with 1.5 sp, because the Needle spectra e.g. B. at 1/3 sp.

Der Multiplikation im Ortsbereich entspricht die Faltung im Frequenzbereich. Man findet gegenpolige Linienspektren, die sich zu Null kompensieren würden, wenn die Amplituden gleich groß wären. Eine Hochpaßfilterung ohne Phasenverschiebung nach der Formel von Fig. 2 im Bereich zur Nyquistgrenze bringt die Amplituden auf gleiche Größe, so daß die Kompensa tion eintreten kann. Damit ist die Abtastung wie mit regel mäßiger Pixelgröße und Schrittweite 1,5 sp erreicht. Ohne Filterung entsprechen den sich nicht zu Null kompensierenden Spektralkomponenten die frequenzabhängig ungleich empfindli chen Abtastungen, die sich in Abtastwerten äußern, die nicht exakt auf der Cosinusschwingung liegen (Fig. 5 unten links).The multiplication in the spatial domain corresponds to the convolution in the frequency domain. One finds opposite-polar line spectra, which would compensate to zero if the amplitudes were equal. A high-pass filtering without phase shift according to the formula of Fig. 2 in the area to the Nyquist limit brings the amplitudes to the same size, so that the compensation can occur. The scanning is thus achieved as with a regular pixel size and step size 1.5 sp. Without filtering, the spectral components that do not compensate for zero correspond to the frequency-dependent, unevenly sensitive samples, which are expressed in sample values that are not exactly on the cosine oscillation ( FIG. 5, bottom left).

Eine geeignete Filterfunktion zeigt die Fig. 6 im Frequenzbe reich (geg). Durch den Filterkern nach Fig. 7 mit sieben Stützstellen zur Faltung im Ortsbereich anstelle einer Filte rung im Frequenzbereich wird die darunterliegende Kurve (rek) als Annäherung realisiert.A suitable filter function is shown in FIG. 6 in the frequency range (geg). Through the filter core according to Fig. 7 with seven support points for convolution in the spatial domain instead of a Filter tion in the frequency domain, the underlying curve (rec) is realized as an approximation.

Ein kleiner Unterschied zur Abtastung mit gleich großen Pixeln bleibt bei endlichem Störabstand. Die gefilterten Zei len werden geringfügig geringeren Störabstand aufweisen, weil die Signale der gruppierten Zeilen dem elektronischen Rau schen des Systems näher gekommen sind und die Hochpaßfilte rung beides gleichermaßen anhebt. Dies kann bei niedrigen Dosen in der Durchleuchtung eine Rolle spielen. Hier bietet es sich an, den Unterschied zu verwischen und dadurch zu min dern, daß bei einer Bildserie von Bild zu Bild die Lage der gruppierten Abtastung nach Fig. 8 verschoben wird. Die dabei auftretenden Unterschiede der Schwerpunkte der Abtastung müs sen berücksichtigt werden. Dies geschieht bei Interpolation der Meßwerte in eine Zielmatrix zur abwechselnden Darstellung auf dem Monitor. Bei Einzelaufnahmen ist wegen hoher Dosis der Rauschabstand so hoch, daß keine sichtbare Störung erwar tet wird. There is a small difference to sampling with pixels of the same size with a finite signal-to-noise ratio. The filtered lines will have a slightly lower signal-to-noise ratio because the signals of the grouped lines have come closer to the electronic noise of the system and the high-pass filtering both increases equally. This can play a role in fluoroscopy at low doses. Here it is advisable to blur the difference and to change it by changing the position of the grouped scan according to FIG. 8 in a series of images from image to image. The differences in the focal points of the scanning that occur must be taken into account. This happens when the measured values are interpolated into a target matrix for alternate display on the monitor. In single shots, the signal-to-noise ratio is so high due to the high dose that no visible disturbance is expected.

Für schnelle Bildfolgen der Durchleuchtung wird außerdem vor geschlagen, die Verschiebung der Gruppierung ohne vorgeschal tete Filterung anzuwenden. Durch den Mittelungseffekt durch Trägheit des Auges ist zu erwarten, daß verbleibende Arte fakte verwischt werden und sich eine nur etwas verschlechter te Modulations-Übertragungsfunktion (MÜF) einstellt (Mittelwert der Sinc-Funktionen).For quick image sequences, the fluoroscopy is also used struck, the shifting of the grouping without prior filtering. Through the averaging effect Inertia of the eye is expected to result in remaining species facts are blurred and just a little worse te modulation transfer function (MÜF) (Mean of the sinc functions).

Die Systemtheorie dazu in graphischer Form zeigt die Fig. 9 für den Ortsbereich und die Fig. 10 im Frequenzbereich mit allen drei Phasenlagen in der Grafik überlagert. Die Bedeu tung der Schraffur ist wie in Fig. 5. Die Entsprechung zu den unteren drei Schritten von Fig. 5 ist dargestellt. Die mehr fachen 120°-Phasenverschiebungen zeigen sich im Spektrum als Stern für die Teilkomponenten. Ihre Zeigeraddition entspricht der Verschmelzung durch die Trägheit des Auges.The system theory for this is shown graphically in FIG. 9 for the spatial area and FIG. 10 in the frequency area with all three phase positions superimposed in the graphic. The meaning of the hatching is as in FIG. 5. The correspondence to the lower three steps of FIG. 5 is shown. The multiple 120 ° phase shifts appear in the spectrum as a star for the sub-components. Their pointer addition corresponds to the fusion due to the inertia of the eye.

In der untersten Grafik von Fig. 10 sind nur die zum Ver ständnis nötigen Komponenten eingetragen, die sich aus der Abtastung gemäß den ersten beiden Zeilen von Fig. 9 unter Be rücksichtigung der Zusatzdrehung durch Interpolation in die Zielmatrix ergeben. Man sieht, daß sich die störenden Kompo nenten bei der Frequenz (1/3sp - 1/p) kompensieren. Dasselbe ergibt sich in anderen Kombinationen der drei phasenverscho benen Abtastarten, so daß ein dauerndes Durchwechseln genauso zum Ziel führt wie nur der Wechsel zwischen zwei Phasenlagen.In the bottom graphic of FIG. 10 only the components necessary for understanding are entered, which result from the scanning according to the first two lines of FIG. 9 taking into account the additional rotation by interpolation into the target matrix. It can be seen that the interfering components at the frequency (1 / 3sp - 1 / p) compensate. The same results in other combinations of the three phase-shifted scanning types, so that a constant change leads to the same goal as only the change between two phase positions.

Große Unterschiede der Spektralamplituden für gruppierte und ungruppierte Abtastung treten nach Fig. 5 nur nah der Nyquistgrenze auf (max. Faktor 2), wo die MÜF des vor dem Detektor 1 liegenden Szintillators bereits für kleine Ampli tuden sorgt, so daß restliche, nicht voll unterdrückte Arte fakte auch klein bleiben. Large differences in the spectral amplitudes for grouped and ungrouped sampling occurred after FIG. 5 only close to the Nyquist limit on (max. Factor 2) where the MTF provides amplitudes already small amplification of lying before the detector 1 scintillator so that rest, not fully suppressed, Artifacts also remain small.

Die Methode ist sinngemäß auf andere ungeradzahlige Auslesun gen (z. B. Fig. 3) zu übertragen.The method is to be applied analogously to other odd-numbered readings (e.g. FIG. 3).

Die Filterung/Rückfaltung kann auch die Information der nicht gruppierten Zeilen/Spalten verwenden, was Vorteile bei hohen Ortsfrequenzen hat.The filtering / refolding can also be the information of the use grouped rows / columns, which is good at high Has spatial frequencies.

Claims

1. A method for operating an X-ray imaging system with a detector ( 1 ), which is formed by a matrix of detector elements, in which a locally different grouping of the pixels follows for the detail enlargement.

2. The method of claim 1, wherein a non-grouped, single-line reading with a grouped double-line reading reading changes.

3. The method according to claim 2, wherein the step size of the Sampling increases by a factor of 1.5.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which unchanged matrix size and frame rate through Interpola tion is displayed on a larger matrix.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, in which the grouped image is low-pass filtered.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the Grouping changes.