DE19944981A1 - Medical diagnostic imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine bildgebende Diagnostikeinrichtung zur Erzeugung von Bildern mit einer ein Strahlenbündel erzeu genden Strahlenquelle, einem Detektor zur Erfassung der Bil der und Erzeugung von Bildsignalen, einem Bildsystem und ei ner Wiedergabevorrichtung. Derartige Diagnostikeinrichtungen dienen beispielsweise in der Röntgentechnik zur Erstellung fluoroskopischer Röntgenbilder.The invention relates to an imaging diagnostic device to generate images with a beam radiation source, a detector for detecting the bil der and generation of image signals, an image system and egg ner playback device. Diagnostic devices of this type are used for example in X-ray technology for creation fluoroscopic x-rays.
Für zwei- oder mehrdimensionale Darstellungen von Patienten oder Teilbereichen von Patienten mittels beispielsweise fluo roskopischer Verfahren ist es oft erforderlich, verschiedene geometrisch bedingte Verzerrungseffekte zu korrigieren. Für jede einzelne Aufnahmeposition erscheint aufgrund der unter schiedlichen Geometrie der Aufnahmevorrichtung zum Untersu chungsobjekt die abgebildete Fläche unter verschiedenen Blickwinkeln. Diese aufnahmebedingten Verzerrungseffekte müs sen beseitigt werden, damit eine korrekte Bildauswertung er folgen kann.For two- or multi-dimensional representations of patients or partial areas of patients using, for example, fluo Roscopic procedures often require different ones to correct geometrically induced distortion effects. For each individual recording position appears due to the under different geometry of the cradle to the Untersu the displayed area under different Angles. These distortion effects caused by exposure must be eliminated so that a correct image evaluation is possible can follow.
Hierzu werden in einem ersten Bildaufnahmeschritt vorgegebene regelmäßige Gitter beleuchtet, um anhand der feststellbaren Gitterverzerrung die geometrische Korrektur vornehmen zu kön nen. Erst die zweite Bildaufnahme dient der eigentlichen Dia gnostik.For this purpose, predefined steps are specified in a first step regular grids illuminated to determine the detectable Lattice distortion to make the geometric correction nen. Only the second image capture is used for the actual slide gnostic.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der derartige Kali briermessungen nicht mehr erforderlich sind.The invention is based on the object of a device to create the type mentioned, in such potash brier measurements are no longer required.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Strahlenbündel Paßpunkte mit einem Muster mit bei der bildge benden Wellenlänge unterschiedlichen Eigenschaften in einer vorgegebenen Anordnung vorgesehen sind und das Bildsystem eine Schaltung, die aus den Bildsignalen das Muster der Paß punkte detektiert, und eine Vorrichtung zur geometrischen Korrektur von Verzerrungen der Bilder aufweist, in der die Paßpunkte zur Deckung mit der vorgegebenen Anordnung gebracht werden. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung brauchen also keine Kalibriermessungen mehr durchgeführt zu werden, da wäh rend der eigentlichen diagnostischen Aufnahme die Paßpunkte mit aufgezeichnet werden. Diese Paßpunkte dienen der späteren Kalibrierung bzw. Korrektur der Aufnahmeverzerrungen.The object is achieved in that in the Beams of dots with a pattern in the image wavelength different properties in one predetermined arrangement are provided and the imaging system a circuit that uses the image signals to pass the pattern points detected, and a device for geometric Correction of distortion of the images in which the Control points brought to cover with the given arrangement become. Through this arrangement according to the invention so need no more calibration measurements to be carried out because the control points during the actual diagnostic recording be recorded with. These control points are used later Calibration or correction of the recording distortion.
Die auftretende Problematik bei Verwendung von Paßpunkten oder Marken ist die Sichtbarkeit in der diagnostischen Auf nahme. Paßmarken stören den Informationsgehalt der erstellten Aufnahmen und könnten im ungünstigsten Fall zu Fehldiagnosen führen.The problem that arises when using control points or brands is visibility in the diagnostic on took. Registration marks disturb the information content of the created Recordings and could in the worst case lead to misdiagnosis to lead.
Die hier verwendeten Paßpunkte zeichnen sich beispielsweise bezüglich den Durchleuchteigenschaften der beleuchtenden Energiequelle durch eine spezielle Signalstruktur aus. Diese Signalstruktur ermöglicht, mittels Verwendung spezieller Si gnalverarbeitungsverfahren, die Sichtbarmachung der Paßpunk te, obwohl dieselben im herkömmlichen Bild nicht sichtbar sind.The control points used here stand out, for example regarding the transillumination properties of the illuminating Energy source characterized by a special signal structure. This Signal structure enables, by using special Si Signal processing method, the visualization of the control point te, although they are not visible in the conventional image are.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Paßpunkte zweidimensional ausgebildet sind, wobei sie einen mittleren, punktförmigen Abschnitt und ihn umgebende konzentrische Ab schnitte mit bei der bildgebenden Wellenlänge unterschiedli chen Eigenschaften gegenüber der Umgebung aufweisen können.It has proven advantageous if the control points are two-dimensional, with a central, punctiform section and concentric Ab surrounding it cuts with different at the imaging wavelength chen properties to the environment.
Die Paßpunkte lassen sich auch bei stark verrauschten Rönt genbildern gut detektieren, wenn die Vorrichtung eine Mat ched-Filter-Schaltung zur Verarbeitung der Bildsignale auf weist, deren Filterfrequenz auf die spezielle Signalstruktur der Paßpunkte abgestimmt ist. The control points can also be used with very noisy X-rays Detect gene images well if the device contains a mat ched filter circuit for processing the image signals points, whose filter frequency to the special signal structure the control points are coordinated.
zur Wiedergabe der Untersuchungsbilder kann die Matched- Filter-Schaltung an einem Monitor angeschlossen sein.to display the examination images, the matched Filter circuit to be connected to a monitor.
In vorteilhafter Weise können die Abschnitte eine unter schiedliche Röntgentransparenz aufweisen und die Diagnosti keinrichtung eine Röntgendiagnostikeinrichtung sein.Advantageously, the sections can be one under have different x-ray transparency and the diagnostics not be an x-ray diagnostic device.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei gen:The invention is based on in the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It shows gene:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung, Fig. 1 is an X-ray diagnostic device according to the invention,
Fig. 2 Aufnahmebedingungen mit sichtbaren Paßpunkten, Fig. 2 shooting conditions with visible control points,
Fig. 3 eine verrauschte und verzerrte Bildaufnahme mit nicht sichtbaren Paßpunkten, Fig. 3 is a noisy and distorted image acquisition with non-visible control points,
Fig. 4 eine verrauschte und verzerrte Bildaufnahme mit regenerierten Paßpunkten, Fig. 4 is a noisy and distorted image pickup with the regenerated control points,
Fig. 5 eine verrauschte und entzerrte Bildaufnahme mit regenerierten Paßpunkten, Fig. 5 is a noisy and equalized image pickup with the regenerated control points,
Fig. 6 das verrauschte Empfangssignal mit den Paßpunkten im gestörten Aufnahmebild gemäß Fig. 3 und Fig. 6 shows the noisy received signal with the control points in the disturbed image according to Fig. 3 and
Fig. 7 das durch eine Matched-Filter-Schaltung verarbeite te Signal gemäß Fig. 4. Fig. 7, the processed by a matched filter circuit TE signal of FIG. 4.
In der Fig. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit ei ner von einem Röntgengenerator 1 mit Hoch- und Heizspannung versorgte Röntgenröhre 2 dargestellt, die ein Röntgenstrah lenbündel 3 erzeugt, das einen Patienten 4 durchdringt und auf dem Eingangsleuchtschirm eines Röntgenbildverstärkers 5 Strahlenbilder erzeugt. Der Ausgangsleuchtschirm des Röntgen bildverstärkers 5 ist mit einer Fernsehkamera 6 zur Bildung eines Detektors gekoppelt, deren Ausgangssignal einem Bildsy stem 7 zugeführt wird. Das Bildsystem 7 kann Wandler, Bild speicher und Verarbeitungsschaltungen aufweisen. Es ist zur Wiedergabe der erfaßten Röntgenbilder mit einem Monitor 8 verbunden. Erfindungsgemäß weist das Bildsystem 7 eine Schal tung 9 mit einem Matched-Filter auf. Die Matched-Filter- Schaltung 9 verarbeitet das von der Fernsehkamera 6 geliefer te Bildsignal, bevor es auf dem Monitor 8 wiedergegeben wird. An der Matched-Filter-Schaltung 9 ist eine Vorrichtung 10 zur geometrischen Korrektur von Verzerrungen der erfaßten Bilder.In Fig. 1, an X-ray diagnostic device with egg ner from an X-ray generator 1 supplied with high and heating voltage X-ray tube 2 is shown, which generates an X-ray beam 3 , which penetrates a patient 4 and generates 5 radiation images on the fluorescent screen of an X-ray image intensifier. The output fluorescent screen of the X-ray image intensifier 5 is coupled to a television camera 6 to form a detector, the output signal of which is fed to a picture system 7 . The image system 7 can have converters, image memories and processing circuits. It is connected to a monitor 8 in order to display the acquired x-ray images. According to the image system 7 has a scarf device 9 with a matched filter. The matched filter circuit 9 processes the image signal delivered by the television camera 6 before it is reproduced on the monitor 8 . At the matched filter circuit 9 there is a device 10 for geometrically correcting distortions of the captured images.
In der Fig. 2 ist eine durch die Röntgendiagnostikeinrich tung zu durchleuchtende Hand 11 dargestellt, um die Paßpunkte 12 in einer festen, vorgegebenen Anordnung verteilt sind. Diese Paßpunkte 12 weisen ein Muster bestehend aus einem punktförmigen Abschnitt 13 auf, der von konzentrisch angeord neten Abschnitten 14, 15 und 16 umgeben ist, die jeweils vom mittleren Abschnitt 13 ausgehend in ihrer Röntgentransparenz abnehmen. Durch ihren Aufbau weisen die Paßpunkte 12 eine spezielle Signalstruktur auf.Is shown in FIG. 2 by a Röntgendiagnostikeinrich tung shown to by shining hand 11, distributed around the control points 12 in a fixed, predetermined arrangement. These control points 12 have a pattern consisting of a punctiform section 13 , which is surrounded by concentrically arranged sections 14 , 15 and 16 , each of which decreases from the central section 13 in their X-ray transparency. Due to their structure, the fitting points 12 have a special signal structure.
In der durch Rauschen gestörten Aufnahme gemäß Fig. 3, die dem Bildsignal der Fernsehkamera 6 entspricht, sind die Paß punkte 12 nicht mehr sichtbar, von der Hand 11 ist in dem verrauschten Röntgenbild nur der Knochenaufbau 17 erkennbar.In the disturbed by noise recording as shown in FIG. 3, which corresponds to the image signal of the television camera 6 are the control points 12 is no longer visible from the hand 11, only the bone structure 17 can be seen in the noisy X-ray image.
Dadurch, daß die Paßpunkte 12 beispielsweise aus einen Punkt 13 bestehen, der von konzentrischen Kreisen 14 bis 16 unter schiedlicher Röntgentransparenz umgeben ist, werden sie also mit einer Modulation einer gegebenen Frequenz (Hardware-Modu lation) beaufschlagt. Diese spezielle Signalstruktur kann durch entsprechende Signalverarbeitung, nämlich mittels der Schaltung 9 mit dem Matched-Filter, dessen Filterfrequenz auf die spezielle Signalstruktur der Paßpunkte 12 abgestimmt ist, so optimal verarbeitet werden, daß die Paßpunkte 12 im Rönt genbild, wie in Fig. 4 dargestellt, neben dem Knochenaufbau 17 sichtbar und in ihrer Position bestimmbar werden. Die nachfolgend angeordnete Vorrichtung 10 zur geometrischen Kor rektur von Verzerrungen der Bilder bringt die Paßpunkte 12 des Röntgenbildes mit der vorgegebenen Anordnung zur Deckung, so daß sich das in Fig. 5 wiedergegebene entzerrte Röntgen bild des Knochenaufbaues 17 mit den Paßpunkten 12 ergibt. Da die Paßpunkte 12 außerhalb der Körperteile des zu untersu chenden Patienten angeordnet sind, erweisen sie sich bei der Betrachtung des Röntgenbildes als nicht störend.Because the fitting points 12 consist, for example, of a point 13 , which is surrounded by concentric circles 14 to 16 with different X-ray transparency, they are thus subjected to a modulation of a given frequency (hardware modulation). This special signal structure can be processed so optimally by appropriate signal processing, namely by means of the circuit 9 with the matched filter, whose filter frequency is matched to the special signal structure of the control points 12 , that the control points 12 in the X-ray image, as shown in Fig. 4 , be visible next to the bone structure 17 and can be determined in their position. The subsequently arranged device 10 for correcting geometric distortions of the images brings the control points 12 of the x-ray image with the predetermined arrangement to cover, so that the rectified x-ray image of the bone structure 17 with the control points 12 shown in FIG. 5 results. Since the control points 12 are arranged outside the body parts of the patient to be examined, they do not prove to be disruptive when the x-ray image is viewed.
Anstelle der Kalibrations-Korrektur des gefilterten Signales kann die Entzerrung auch auf das ursprüngliche Signal ange wandt werden, in dem die Paßpunkte 12 nicht erkennbar sind.Instead of the calibration correction of the filtered signal, the equalization can also be applied to the original signal, in which the control points 12 are not recognizable.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt sich nach der Verar beitung in der Matched-Filter-Schaltung 9 aus dem verrausch ten Empfangssignal der Paßpunkte 12 gemäß Fig. 6 das Signal gemäß Fig. 7, wobei die Signalspitze 18 die Mittenposition des zentralen Abschnitts 13 der Paßpunkte 12 anzeigt. Mit der genauen Kenntnis dieser Position kann die nachfolgende Vor richtung 10 die geometrische Korrektur der Röntgenbild be rechnen und entsprechend dem Korrekturfaktor das verzerrte Röntgenbild derart umwandeln, daß die Verzerrungen aufgehoben sind.In the illustrated embodiment, the control points 12 6 the signal according to results by the proces processing in the matched filter circuit 9 from the verrausch th received signal shown in FIG. FIG. 7, the signal peak 18 indicating the center position of the central portion 13 of the control points 12 . With precise knowledge of this position, the following device 10 can calculate the geometric correction of the x-ray image and convert the distorted x-ray image in accordance with the correction factor in such a way that the distortions are eliminated.
Das Empfangssignal hat folgende allgemeine Form:
The received signal has the following general form:
Es kann im sogenannten äquivalenten Tiefpaßbereich folgender
maßen beschrieben werden:
It can be described in the so-called equivalent low-pass range as follows:
Hierbei wird der angegebene Faktor kr als sogenannte Sweep- Rate bezeichnet. Sie charakterisiert sozusagen die Häufigkeit der periodischen Wechsel oder auch die Phasenmodulations schnelligkeit des Chirp-Signals. The specified factor k r is referred to as the so-called sweep rate. It characterizes, so to speak, the frequency of the periodic changes or the phase modulation speed of the chirp signal.
Das formulierte Signal ist in Fig. 6 dargestellt mit Br = kr.T = fΔ ≅ Bandbreite des Chirps.The formulated signal is shown in Fig. 6 with B r = k r .T = f Δ ≅ bandwidth of the chirp.
Durch Bildung der Autokorrelationsfunktion (AKF) dieses Si
gnals erhält man:
By forming the autocorrelation function (AKF) of this signal you get:
Die AKF weist die in Fig. 7 dargestellte Form auf.The AKF has the shape shown in FIG. 7.
-
- Die Einhüllende
wird von der Breite der Rect-Funktion bestimmt!- The envelope
is determined by the width of the Rect function! - - Die Funktion ΦssT(t) ist einer si-Funktion sehr ähnlich!- The function Φ ssT (t) is very similar to a si function!
Interessierender Parameter ist die Breite der Hauptkeule. Da zu wird folgendes betrachtet:The parameter of interest is the width of the main lobe. There the following is considered:
Bestimmung der 1. Nullstelle für Br = kr . T << 1:
In der Nähe des Nullpunktes gilt:
Determination of the 1st zero for B r = k r . T << 1: In the vicinity of the zero point:
Um nun die Hauptkeule der Antennencharakteristik beliebig
schmal zu machen, kann man die Bandbreite des Chirps erhöhen.
In order to make the main lobe of the antenna characteristic as narrow as desired, the bandwidth of the chirp can be increased.
Die erfindungsgemäß verwendeten Paßpunkte 12 zeichnen sich bezüglich der Durchleuchtungseigenschaften der beleuchtenden Energiequelle durch eine spezielle Signalstruktur aus. Diese Signalstruktur ermöglicht, mittels Verwendung spezieller Si gnalverarbeitungsverfahren und obengenannter Berechnungen, die Sichtbarmachung der Paßpunkte 12, obwohl dieselben im herkömmlichen Bild nicht sichtbar sind.The control points 12 used according to the invention are distinguished by a special signal structure with regard to the fluoroscopic properties of the illuminating energy source. This signal structure enables the use of special signal processing methods and the above-mentioned calculations to make the control points 12 visible, although they are not visible in the conventional image.
Durch die Anwendung dieses erfindungsgemäßen Kalibrationskon zeptes zur geometrischen Korrektur bildgebender Systeme erüb rigt sich die Notwendigkeit einer Kalibrieraufnahme/Messung obwohl die Kalibrier-Funktionalität erhalten bleibt. Diese Kalibration ist den mehrdimensionalen Korrelationsverfahren zuzuordnen.By using this calibration con excerpts for the geometrical correction of imaging systems eliminates the need for a calibration recording / measurement although the calibration functionality is retained. This Calibration is the multi-dimensional correlation method assign.
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