DE19635595A1 - Diagnostikeinrichtung mit Mitteln zur digitalen Bildspeicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Diagnostikeinrichtung, aufweisend Mittel zur Gewinnung von Bildinformation aus dem Inneren ei­ nes Untersuchungsobjektes, welche der gewonnenen Bildinfor­ mation entsprechende Video-Ausgangssignale abgeben, und Mit­ tel zur digitalen Bildspeicherung, wobei als Mittel zur An­ zeige von Bildern ein Monitor vorgesehen ist.

Bei derartigen Diagnostikeinrichtungen kann es sich bei­ spielsweise um Röntgendiagnostikeinrichtungen oder Ultra­ schall-Diagnostikeinrichtungen handeln. Bei bekannten Rönt­ gendiagnostikeinrichtungen dieser Art, als Beispiel ist ein von der Fa. Siemens unter der Bezeichnung "SIREMOBIL 2000" vertriebenes Gerät zu nennen, enthalten die Mittel zur digi­ talen Bildspeicherung einen Analog/Digital-Wandler, dem die Ausgangssignale der Videokamera zugeführt sind, einen digita­ len Schreib/Lese-Speicher, dem die Ausgangsdaten des Ana­ log/Digital-Wandlern zugeführt sind, einen Digital/Analog-Wandler, dem die Ausgangssignale des Schreib/Lese-Speichers zugeführt sind, und eine Steuereinheit, die das Zusammenwir­ ken des Analog/Digital-Wandlers des Schreib/Lese-Speichers und des Digital/Analog-Wandlers derart steuert, daß auf einem an den Digital/Analog-Wandler angeschlossenen Videomonitor wahlweise "Life-Bilder" oder gespeicherte Röntgenbilder dar­ gestellt werden können.

Die Mittel zur digitalen Röntgenbildspeicherung werden in Kleinserie hergestellt und sind entsprechend teuer. Möglich­ keiten zur Bildbearbeitung sind nicht oder in nur sehr gerin­ gem Umfang gegeben, da die Entwicklung der entsprechenden Software für die Steuerung der Mittel zur digitalen Röntgen­ bildspeicherung wegen der Kleinserien mit hohen Kosten ver­ bunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diagnostikein­ richtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf kostengünstige Weise eine digitale Bildspeicherung möglich ist und die Voraussetzungen gegeben sind, auf kostengünstige Weise eine Bildverarbeitung der Bilder zu ermöglichen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Dia­ gnostikeinrichtung, aufweisend Mittel zur Gewinnung von Bil­ dinformation aus dem Inneren eines Untersuchungsobjektes, welche der gewonnenen Bildinformation entsprechende Video-Ausgangssignale abgeben, und eine als Mittel zur digitalen Bildspeicherung vorgesehene, in einem handelsüblichen Klein­ rechner aufgenommene handelsübliche Framegrabber-Karte, der die Video-Ausgangssignale zur Analog/Digital-Wandlung und Speicherung zugeführt sind, wobei als Mittel zur Anzeige von aus den Video-Ausgangssignale gewonnenen Bildern ein an die handelsübliche Grafik-Karte des Kleinrechners angeschlossener Computer-Monitor vorgesehen ist.

Es wird also deutlich, daß im Falle der erfindungsgemäßen Diagnostikeinrichtung kostengünstig erhältliche Massenpro­ dukte, nämlich eine Framegrabber-Karte und ein Kleinrechner mit Grafik-Karte die Mittel zur digitalen Bildspeicherung bilden. Auf diese Weise läßt sich ein erheblicher Kostenvor­ teil erzielen, da z. B. die Kosten für einen Kleinrechner mit Framegrabber-Karte und leistungsfähiger Grafik-Karte größen­ ordnungsmäßig 30% der Kosten verursachen, die bei konventio­ nellen Röntgendiagnostikeinrichtungen für die Mittel zur di­ gitalen Röntgenbildspeicherung aufgewendet werden müssen.

Außerdem sind im Falle der erfindungsgemäßen Diagnostikein­ richtung die Voraussetzungen gegeben, um kostengünstig Bild­ bearbeitung betreiben zu können, da es genügt, gemäß einer Variante der Erfindung, vorzugsweise handelsübliche, Bildbe­ arbeitungssoftware in den Kleinrechner zu laden.

Ein nochmals größerer Kostenvorteil kann erreicht werden, wenn gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Kleinrechner eine Schnittstelle aufweist, über die er mit der Diagnostikeinrichtung in aus der DE 43 41 290 A1 (GR 93 P 3664) an sich bekannter Weise als Steuereinheit zusammenwirkt, also auch die nicht mit der di­ gitalen Bildspeicherung und der Bildbearbeitung stehenden Funktionen der Diagnostikeinrichtung steuert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen anhand einer Röntgendiagnostikein­ richtung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung in teilweise blockschaltbildartiger Darstellung, und

Fig. 2 und 3 das in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen der erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikeinrich­ tung auf dem zu dieser gehörigen Monitor ange­ zeigte Bild.

Die erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung weist gemäß Fig. 1 einen kreisförmig gekrümmten C-Bogen 1 auf, an dem einander gegenüberliegend ein Röntgenstrahler 2 und ein Rönt­ genbildverstärker 3 angebracht sind. Dem Ausgangsleuchtschirm des Röntgenbildverstärkers 3 ist in an sich bekannter Weise eine Videokamera 4 zugeordnet. Außerdem ist ein Monitor 5 zur Anzeige von mittels der Videokamera 4 im Betrieb der Röntgen­ diagnostikeinrichtung aufgenommenen Röntgenbildern vorgese­ hen.

Die Röntgendiagnostikeinrichtung dient zur Untersuchung eines Patienten P, der während der Untersuchung auf einer röntgen­ strahlendurchlässigen Patientenlagerungsplatte 6 eines in Fig. 1 nicht näher dargestellten Patientenlagerungstisches plaziert ist.

Um den Röntgenstrahler 2 und den Röntgenbildverstärker 3 ei­ nerseits und den Patienten P andererseits in der der jewei­ ligen Untersuchung erforderlichen Weise relativ zueinander positionieren zu können, ist die Patientenlagerungsplatte 6 in nicht dargestellter, an sich bekannter Weise in Richtung der drei Achsen x, y, z eines in Fig. 1 eingetragenen räumli­ chen Koordinatensystems verstellbar. Zum anderen ist der C-Bogen 1 sowohl längs seines Umfangs in Richtung des gekrümm­ ten Doppelpfeiles α als auch durch Schwenken um eine in der Mittelebene des C-Bogens 1 liegende und dessen Mittelpunkt schneidende Achse A in Richtung des gekrümmten Doppelpfeiles β verstellbar.

Sowohl die Verstellung der Patientenlagerungsplatte 6 als auch des C-Bogens 1 erfolgt motorisch, vorzugsweise elektro­ motorisch. Dies ist in Fig. 1 dadurch angedeutet, daß dem C-Bogen 1 ein Motor M zugeordnet ist, der die Verstellung des in einem Halter 7 entsprechend verstellbar aufgenommenen C-Bogens 1 in α-Richtung bewirkt. Der Halter 7 ist übrigens in nicht näher dargestellter Weise an einer Tragvorrichtung, beispielsweise einem Stativ oder einem am Boden verfahrbaren Wagen, angebracht. Dem Motor M ist ein z. B. elektromechanisch wirkender Positionssensor PS zugeordnet, so daß die Position des C-Bogens in α-Richtung überwacht werden kann.

Die Röntgendiagnostikeinrichtung weist einen handelsüblichen Kleinrechner auf, bei dem es sich im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels um einen mit PC bezeichneten Personal­ computer handelt, der mit der Röntgendiagnostikeinrichtung als Steuereinheit zusammenwirkt.

Gemäß Fig. 1 enthält der Personal-Computer PC in an sich be­ kannter Weise eine mit einem Taktgenerator 8 verbundene Zen­ traleinheit 9. An diese ist ein Daten- und Adreßbus 10 ange­ schlossen. An diesem wiederum ist zunächst eine Programm- und Speichervorrichtung 11 angeschlossen. Der Begriff "Speicher­ vorrichtung" ist im vorliegenden Falle im weitesten Sinne zu verstehen, d. h., die Daten- und Programmspeichervorrichtung 11 kann sowohl Halbleiterspeicher als auch andere Speicher­ medien, z. B. Floppy-Disc und/oder Festplatte, etc., enthal­ ten. Ebenfalls an den Daten- und Adreßbus 10 ist eine Peri­ pheriesteuereinrichtung angeschlossen, die das Zusammenwirken von Eingabemitteln, im Falle des dargestellten Ausführungs­ beispiels eine Tastatur 13 und einer Mouse 14, mit den übri­ gen Komponenten des Personal-Computers PC gewährleistet. Au­ ßerdem ist an den Daten- und Adreßbus 10 eine Schnittstellen­ einrichtung angeschlossen, die der Verbindung des Personal-Computers PC mit der Röntgendiagnostikeinrichtung dient. Bei der Schnittstelleneinrichtung handelt es sich im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels um eine Schnittstellenkar­ te 15, die eine oder mehrere vorzugsweise genormte Schnitt­ stelle(n), z. B. RS 232, Centronics oder IEEE 488, enthält.

An die Schnittstellenkarte 15 sind zunächst über Treiberstu­ fen die Motore angeschlossen, die die zuvor beschriebenen Verstellbewegungen bewirken. Dies ist beispielhaft für die α-Richtung anhand des Motors M und der Treiberstufe T veran­ schaulicht. (Es ist übrigens bei Antrieben kleinerer Leistung auch möglich, die Treiberstufen direkt auf der Schnittstel­ lenkarte 15 zu integrieren.)
Weiter sind an die Schnittstellenkarte 15 Positionssensoren angeschlossen, die der Überwachung der Position der Patien­ tenlagerungsplatte 6 und des C-Bogens 1 bezüglich der zuvor beschriebenen Verstellbewegungen dienen und entsprechende elektrische Signale liefern, die dem Personal-Computer PC zu­ geführt sind. Dies ist in Fig. 1 am Beispiel des für die α-Richtung zuständigen Positionsgebers PS dargestellt.

An die Schnittstellenkarte 15 sind außerdem ein Röntgengene­ rator 16, der den Röntgenstrahler 2 mit den zu dessen Betrieb erforderlichen Spannungen und Strömen versorgt und eine Ver­ sorgungs- und Steuereinrichtung 17 für den Röntgenbildver­ stärker 3 und die diesem zugeordnete Videokamera 4 ange­ schlossen.

Die Ausgangssignale der Videokamera 4 sind einer in den Per­ sonal-Computer PC eingesetzten handelsüblichen Framegrabber-Karte 18 zugeführt. Diese enthält in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise einen Analog/Digital-Wandler und unter­ zieht die Ausgangssignale der Videokamera 4 einer Ana­ log/Digital-Wandlung. Sie enthält außerdem in an sich bekann­ ter, nicht dargestellter Weise einen Schreib/Lese-Speicher und zur Zwischenspeicherung der Ausgangsdaten des Ana­ log/Digital-Wandlers. Die an den Daten- und Adreßbus 10 ange­ schlossene Framegrabber-Karte 18 spielt mit einer ebenfalls an den Daten- und Adreßbus 10 angeschlossenen handelsüblichen Grafik-Karte 19, gesteuert durch in die Daten- und Programm­ speichervorrichtung 11 geladene Treibersoftware, derart zu­ sammen, daß ein dem jeweils aktuellen, mittels der Videokame­ ra 4 aufgenommenen Bild entsprechendes Röntgenbild auf dem an die Grafik-Karte 19 angeschlossenen Monitor 5, bei dem es sich um einen handelsüblichen Computer-Monitor handelt, sozu­ sagen als "Life-Bild" dargestellt wird.

Bei Bedarf besteht auch die Möglichkeit, durch eine entspre­ chende Betätigung der Tastatur 13 oder der Mouse 14, dies wird noch näher beschrieben werden, ein Röntgenbild in dem auf der Framegrabber-Karte enthaltenen Speicher dauerhaft zu speichern, also sozusagen einzufrieren, und dauernd auf dem Monitor 5 anzuzeigen.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, die das Bild des Monitors 5 für zwei unterschiedliche Betriebszustände zeigen, dient der Monitor 5 nicht ausschließlich der Anzeige von Röntgenbildern, sondern auch der Bedienung der Röntgendiagno­ stikeinrichtung. Dazu werden in das Monitorbild Bedienflächen (Fig. 2 und 3), die im folgenden kurz als Felder bezeichnet werden, und Statusanzeigen (Fig. 2) eingeblendet.

In dem ersten Betriebszustand, der in Fig. 2 dargestellt ist, dient das auf dem Monitor 5 angezeigte Bild vorzugsweise der Bedienung der Röntgendiagnostikeinrichtung. Es ist in drei Bereiche unterteilt. Oben links wird in verkleinertem Format das Röntgenbild rb dargestellt, bei dem es sich um ein "Life-Bild" oder ein eingefrorenes Bild handeln kann. Rechts oben ist ein mit TF bezeichnetes Textfeld vorgesehen, das bei­ spielsweise der Anzeige von mittels der Tastatur 13 einge­ gebenen Patientendaten oder dergleichen dient. Darunter be­ findet sich ein für die Bedienung der Röntgendiagnostikein­ richtung vorgesehener Bereich B, der in drei Zeilen unter­ teilt ist.

Dessen erste Zeile enthält vier Felder, die der Steuerung des Röntgengenerators 16 und der Versorgungs- und Steuereinrich­ tung 17 dienen. In dem Feld 20 wird der jeweils eingestellte Kilovolt(kV)-Wert angezeigt. Dieser Wert kann nach oben oder nach unten verändert werden, indem mit der Mousezeiger P auf die mit Plus bzw. die mit Minus bezeichnete Bedienfläche des Feldes 20 geführt und mit der Mousetaste geklickt wird. Das Gesagte gilt analog für das Feld 21, das der Anzeige und Ein­ stellung des Milliampere(mA)-Wertes dient. Wird auf das Feld 22 geklickt, so wird die Röntgendiagnostikeinrichtung mit den in den Feldern 20 und 21 vorgewählten Werten betrieben und das entsprechende Röntgenbild rb angezeigt. Durch Anklicken des Feldes 23 kann die Röntgendiagnostikeinrichtung wieder deaktiviert werden.

Es ist dann mittels der in der zweiten Zeile befindlichen Felder 24 bis 26 möglich, die Patientenlagerungsplatte 6 in x-, y- und z-Richtung sowie den C-Bogen 1 mittels der in der dritten Zeile befindlichen Felder 27 und 28 in α- und β-Rich­ tung jeweils in der einen oder anderen Richtung zu verstel­ len. Dabei wird in den Feldern 24 bis 26 der jeweilige Ver­ schiebeweg und in den Feldern 27 und 28 der jeweilige Schwenkwinkel, bezogen auf eine Grundstellung, für die die Verschiebewege und Schwenkwinkel gleich "null" sind, ange­ zeigt.

Wird das in der dritten Zeile befindliche Feld 29 angeklickt, so wird das momentan angezeigte Röntgenbild rb eingefroren und permanent angezeigt, wird das ebenfalls in der dritten Zeile befindliche Feld 30 angeklickt, erfolgt wieder die Dar­ stellung des aktuellen Röntgenbildes als "Life-Bild". In die­ sem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß für die Zeit, in der das eingefrorene Röntgenbild angezeigt wird, der Röntgen­ strahler 2 deaktiviert wird.

Sind die Röntgendiagnostikeinrichtung und der Patient P an­ hand des Röntgenbildes rb in der gewünschten Weise relativ zueinander ausgerichtet, besteht die Möglichkeit durch An­ klicken des Feldes 31 auf den in Fig. 3 dargestellten Be­ triebsmodus umzuschalten, in dem rechts das Röntgenbild RB in formatfüllender Darstellung und links einige wenige Felder angezeigt werden.

Die Felder 32 und 33 entsprechen in ihrer Funktion den Fel­ dern 22 und 23 gemäß Fig. 1, und die Felder 34 und 35 den Feldern 29 und 30 gemäß Fig. 1. Das Feld 36 dient der Um­ schaltung auf den in Fig. 2 veranschaulichten Betriebsmodus.

Im Falle des vorstehend geschriebenen Ausführungsbeispiels handelt es sich bei dem die Framegrabber-Karte aufnehmenden Kleinrechner um einen Personal-Computer. Anstelle eines Per­ sonal-Computers können aber auch andere Kleinrechner Verwen­ dung finden, sofern deren Architektur, z. B. über einen Steck­ plätze aufweisenden Daten- und Adreßbus, die Integration ei­ ner Framegrabber-Karte und/oder zusätzlicher Steuerkarten er­ möglicht.

Der Kleinrechner übernimmt im Falle des vorstehend beschrie­ benen Ausführungsbeispiels nicht nur Funktionen im Zusammen­ hang mit der Anzeige der Röntgenbildern und der digitalen Röntgenbildspeicherung, sondern auch im Zusammenhang mit der Steuerung der Röntgendiagnostikeinrichtung. Dies muß nicht unbedingt so sein. Vielmehr besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, daß der Kleinrechner (in Verbindung mit der Framegrabber-Karte) lediglich die Funktionen im Zusammen­ hang mit der digitalen Röntgenbildspeicherung und der Anzeige der Röntgenbilder übernimmt.

Zusätzlich zu der Röntgendiagnostikeinrichtung oder alterna­ tiv zu dieser kann in nicht dargestellter Weise auch eine Ul­ traschall-Diagnostikeinrichtung vorgesehen sein, die den ge­ wonnenen Ultraschallbildern entsprechende Videosignale er­ zeugt, die der Framegrabber-Karte zugeführt sind, so daß die Ultraschall-Bilder bei Bedarf auf dem Computer-Monitor darge­ stellt werden können.

Sofern der Kleinrechner zur Bildbearbeitung herangezogen wird, kann es sich bei der Bildbearbeitung um gleitende Mit­ telwertbildung zur Rauschminderung, um Kantenanhebung oder Fensterung handeln. Bei der Bildbearbeitung durch den Klein­ rechner wird vorzugsweise derart vorgegangen, daß möglichst wenige Zyklen ausreichen, um jeweils ein Pixel oder vorzugs­ weise parallel mehrere Pixel des durch die Bildbearbeitung neu zu errechnenden Bildes zu gewinnen. Dies kann erreicht werden, indem die zur Bildbearbeitung erforderlichen mathema­ tischen Operationen ausschließlich oder weitgehend durch Verschiebe(shift)- und/oder Maskierungs-Operationen ausgeführt werden.

Um die Bildbearbeitung auf dem Kleinrechner in Echtzeit oder zumindest Quasi-Echtzeit durchführen zu können kann derart vorgegangen werden, daß in einem ersten Speicherbereich des Arbeitsspeichers des Kleinrechners ein Bild aus der Frame­ grabber-Karte eingelesen wird und währenddessen in einem an­ deren, entsprechenden Speicherbereich des Arbeitsspeichers des Kleinrechners die zur Bildbearbeitung erforderlichen Ope­ rationen durchgeführt und die resultierenden Daten die Gra­ fik-Karte werden, wobei diese Vorgänge für die beiden Spei­ cherbereiche alternierend durchgeführt werden. Auf diese Wei­ se wird die zur Erfassung eines Bildes erforderliche Zeit ge­ nutzt, um bezüglich eines weiteren Bildes bereits die Bild­ bearbeitung durchzuführen. Unter der Voraussetzung, daß die zur Erfassung eines Bildes mittels der Framegrabber-Karte er­ forderliche Zeit ausreicht, um Umspeicherung und die Bildbe­ arbeitung durchzuführen, ist also eine Bildbearbeitung in Echtzeit möglich.

Claims (6)

1. Diagnostikeinrichtung, aufweisend Mittel zur Gewinnung von Bildinformation aus dem Inneren eines Untersuchungsobjektes, welche der gewonnenen Bildinformation entsprechende Video-Ausgangssignale abgeben, und eine als Mittel zur digitalen Bildspeicherung vorgesehene, in einem handelsüblichen Klein­ rechner (PC) aufgenommene handelsübliche Framegrabber-Karte (18), der die Video-Ausgangssignale zur Analog/Digital-Wand­ lung und Speicherung zugeführt sind, wobei als Mittel zur An­ zeige von aus den Video-Ausgangssignale gewonnenen Bildern ein an die handelsübliche Grafik-Karte (19) des Kleinrechners (PC) angeschlossener Computer-Monitor (5) vorgesehen ist.

2. Diagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, deren Kleinrechner (PC) eine Schnittstelle (15) aufweist, über die er mit den Mittel zur Gewinnung von Bildinformation als Steuereinheit zusammenwirkt.

3. Diagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, in deren Kleinrechner (PC) Bildbearbeitungssoftware zur Bearbeitung von auf dem Computer-Monitor (5) angezeigten Bilder geladen ist.

4. Diagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Mittel zur Gewinnung von Bildinformation eine Röntgen­ diagnostikeinrichtung mit einem Röntgenstrahler, einem Rönt­ genbildverstärker (3) und einer zur Aufnahme von Röntgenbil­ dern dem Röntgenbildverstärker (3) zugeordnete Videokamera (4) aufweisen.

5. Diagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Mittel zur Gewinnung von Bildinformation ein diagnosti­ sches Ultraschall-Gerät aufweisen.

6. Diagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen Kleinrechner eine Schnittstelle aufweist, an der den durch die Framegrabber-Karte digitalisierten Video-Ausgangssignalen entsprechende digitale Daten zur Verfügung stehen.