-
"Verfahren zur Erzeugung von verwischungsschattenfreien RUntgen-Schichtbildern
und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens" Die Erfindung betrifft ein Verfahren
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches sowie eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens.
-
Es ist bekannt, daß bei der Herstellung einer Röntgenschichtaufnahme,
bei der die Röntgenröhre und die Röntgen»Bildaufnahmeeinrichtung (z.B. ein Film)
gegensinnig zueinander bewegt
werden, außer den in der Untersuchungsebene
(die durch den Drehpunkt des Systems Röntgenstrahler - Röntgen-Bildaufnahmeeinrichtung
bestimmt ist) liegenden Details auch Einzelheiten aus anderen Ebenen des untersuchten
Körpers abgebildet werden.
-
Obgleich diese in den anderen Ebenen liegenden Details verwischt werden,
während die in der Untersuchungsebene selbst liegenden Details scharf abgebildet
werden, wird die Auswertung eines Röntgen-Schichtbildes dadurch erschwert; denn
der Untersucher kann nicht immer zweifelsfrei entscheiden, ob es sich um ein verwischt
abgebildetes Detail aus einer anderen Ebene oder um ein scharf abgebildetes Detail
mit verschwommenen Konturen aus der Untersuchungsebene handelt, und zwar insbesondere
dann, wenn es sich um eine Einzelheit handelt, die sich in der Nähe der untersuchten
Schicht befindet.
-
Der gleiche Effekt ergibt sich, wenn in bekannter Weise (DT-OS 1 764
414) das Schichtbild nicht unmittelbar bei der Röntgenaufnahme hergestellt wird,
sondern danach aus einer Anzahl von aus verschiedenen Richtungen aufgenommenen Aufnahmen
(Primärbildern) des Objektes.
-
Es ist bereits bekannt (DT-OS 2 223 021), zur Vermeidung dieser Verwischungsschatten
die Schichtbilder von benachbarten Schichtebenen des untersuchten Körpers heranzuziehen.
Zu diesem Zweck werden die Schichtbilder von benachbarten Schichtebenen auf einer
Bildspeicherröhre überlagert, wobei während der Überlagerung das Ablenkraster gegenüber
dem Target der Bildspeicherröhre eine Relativbewegung ausführt, die mit derjenigen
deckungsgleich ist, die einen Punkt in der Schichtebene bei der Aufnahme gegenüber
der untersuchten Schichtebene ausführt.
-
Die Verschiebung eines Schichtbildes entsprechend den Stellungen bei
der Aufnahme bedeutet, daß, wenn die einzelnen Schichtbilder durch Überlagerung
von z.B. 24 in geeigneter Weise gegeneinander versetzten Primärbildern erzeugt sind
6xrglO DT-OS 1 764 414 oder ??Der Radiologe" 9. Jahrgang, Heft 2,
S.
37-40), jedes Schichtbild in 24 verschiedene Positionen verschoben und den anderen
jeweils entsprechend verschobenen Schichtbildern überlagert werden muß. Dadurch
wird der Aufwand für die Beseitigung der Verwischungsschatten in nur einem Schichtbild
sehr hoch.
-
Bei dem bekannten Verfahren wird es in der Regel nicht genügen, wenn
nur ein einziges (von Verwischungsschatten befreites) Schichtbild vorhanden ist;
denn da die Verwischungsschatten abgeschwächt sind, wird es für den Untersucher
schwer festzustellen, aus welchem Bereich des untersuchten Körpers das von Verwischungsschatten
befreite Schichtbild stammt. In der Regel ist es also erforderlich, auch die Schichtbilder
benachbarter Schichtebenen von den Verwischungsschatten zu befreien, wodurch der
Aufwand noch vergrößert wird.
-
Es kommt hinzu, daß die Beseitigung der Verwischungsschatten nur sehr
unvollständig ist. Das Verfahren basiert nämlich darauf, daß Schichtbilder benachbarter
Schichten, die zur Eliminierung der Verwischungsschatten in einem Schichtbild herangezogen
werden, nur Details enthalten, die in dieser (benachbarten Schicht) enthalten sind.
Diese Voraussetzungen sind in der Praxis nie erfüllt, weil diese Schichtbilder wie
stets auch die Verwischungsschatten von Details in anderen Ebenen (z.B. auch der
Ebene, deren Schichtbild zu korrigieren ist) enthalten. Infolgedessen können die
Verwischungsschatten nur unvollständig eliminiert werden. Ein iterativer Prozeß,
bei dem auf die gleiche Weise aus den korrigierten Schichtbildern ein neuer korrigierter
Satz von Schichtbildern abgeleitet wird, ist bei diesem Verfahren außerordentlich
aufwendig.
-
Denn Voraussetzung ist es, daß zunächst einmal alle Schichtbilder
dem beschriebenen Verfahren unterzogen werden müssen.
-
Jeder einzelne Verarbeitungsschritt muß dabei für jedes Schichtbild
erneut durchgeführt werden und kann nicht gleichzeitig für die Verbesserung unterschiedlicher
Schichtbilder dienen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber ein Verfahren der im Oberbegriff
des Hauptanspruches genannten Art so auszugestalten, daß die Effektivität des Nachverarbeitungsprozesses
erhöht wird und die Erzeugung einer größeren Anzahl von verbesserten Schichtbildern
mit nur leicht erhöhtem Verarbeitulgsaufwand sowie eine weitergehende Verbesserung
durch die wiederholte Anwendung desselben Prozesses auf die bereits korrigierten
Schichtbilder möglich wird. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches
angegebenen Maßnahmen gelöst.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 die geometrischen Verhältnisse bei der
Überlagerung mehrerer Schichtbilder.
-
Voraussetzung für den erfindungsgemäßen Bildverbesserungsprozeß ist
die Gewinnung einer entsprechenden Anzahl von Schichtbildern, die den durchstrahlten
Bereich des untersuchten Körpert lUckenlos abbilden. Diese Voraussetzung wird geschaffen,
indem in bekannter Weise aus einem Satz von Einzelaufnahmen (den Primärbildern),
die während eines Verschiebungsvorganges, bei dem Röntgenstrahler und Bildaufnahmeeinrichtung
(zweckmäßigerweise eine Fernsehkamera mit vorgeschaltetem Röntgen-Bildverstärker)
gegensinnig zueinander und beispielsweise auf jeweils einem Kreisbogen verschoben
werden, aufgenommen werden, Schichtbilder durch Überlagerung aller dieser Primärbilder
erzeugt werden. Durch definierte Verschiebungen der Primärbilder zueinander kann
dabei die Tiefe der (scharf) dargestellten Schicht beliebig gewählt werden.
-
Der zu diesem Zweck vorgesehene Teilder erSindungsgemaBe Anordnung
ist an sich bekannt.
-
Die über e ine eine Röntgenbildverstärker/Fernsehkamera-Kombination
1 mittels eines nicht näher dargestellten Röntgen-Schichtaufnahmegerätes unter verschiedenen
Richtungen aufgenommenen Primärbilder werden in einem Bildspeicher 2 (z.B. einem
Fernseh-Magnetplattenspeicher) aufgezeichnet. Anschließend werden alle Primärbilder
nacheinander ausgelesen und auf der Speicherschicht einer Fernseh-Bildspeicherröhre
3 einander überlagert (aufsummiert). Eine Steuereinheit 4 (z.B. ein kleiner Prozeßrechner)
steuert den für die Synthese jedes Schichtbildes zu wiederholenden Vorgang und liefert
außerdem die von der Lage der jeweils scharf darzustellenden Ebene des Körpers abhängigen
Koordinatenwerte für die gegenseitige Verschiebung der Primärbilder. Nach jedem
Synthsevorgang wird das entstandene Schichtbild in den Bildspeicher 2 eingespeichert,
so daß dort neben den Primärbildern ein Paket lückenlos aufeinanderfolgender Schichtbilder
für die Darstellung auf dem Bildwiedergabegerät 5, jedoch auch für den anschließenden
Bildverbesserungsprozeß, zur Verfügung steht.
-
Dieser Prozeß beruht auf dem folgenden Grundgedanken: Ist der durchstrahlte
Objektbereich lückenlos durch ideale Schichtbilder, d.h. durch Schichtbilder ohne
Verwischungsschatten, dargestellt, dann muß sich bei geeigneter Überlagerung aller
Schichtbilder ein Bild ergeben, das einer normalen Röntgenaufnahme entspricht, bei
der Röntgenröhre und Röntgen-Bildaufnahmeeinrichtung nicht verschoben werden. Durch
entsprechendre Verschiebung der einzelnen Schichtbilder gegeneinander kann die Aufnahmegeometrie
aller aus den unterschiedlichen Positionen des Systems Röntgenröhre - Röntgen-Bildaufnahmeeinrichtung
aufgenommenen Primärbilder simuliert werden.
-
Dies wird ohne weiteres bei Betrachtung der Fig. 2a und 2b deutlich.
In Fig. 2a sind die geometrischen Verhältnisse bei der Aufnahme eines Primarbildes
dargestellte Die licht näher dargestellte Röntgenrohre durchstrahlt das Objekt 10
unter
einem schrägen Winkel, wobei der Zentralstrahl 11 mit dem
Lot auf die Bildebene 12 bzw. auf die einzelnen gestrichelt dargestellten Schichten
einen Winkell einschließt. - In Fig. 2b ist eine Anzahl von Schichtbildern dargestellt.
Geht man davon aus, daß der Abstand der einzelnen Schichtbilder voneinander dem
Abstand der einzelnen Schichtebenen entspricht, die diese Bilder darstellen, und
setzt man weiter voraus, daß die Mittelpunkte dieser Schichtbilder auf einer Geraden
14 liegen, die mit dem Lot 15 auf die Schichtbildebenen einen Winkel d einschließt,
dann erkermt man, daß es bei einer Projektion in Richtung des Lotes 15 ein Überlagerungsbild
16 ergibt, das das Primärbild 12 simuliert. Daran ändert sich auch nichts, wenn
die Schichtbilder in Richtung des Lotes 15 zusammengedrückt und unmittelbar übereinandergelegt
werden.
-
Werden jedoch reale Schichtbilder einander überlagert, dann ergeben
sich aufgrund der Verwischungsschatten in den einzelnen Bildern Abweichungen des
Uberlagerungsbildes 16 von dem entsprechenden Primärbild 12. Bildet man nun die
Differenz zwischen Uberlagerungsbild und zugehörigem Primärbild, dann erhält man
ein (Korrektur-) Bild, das nur die Überlagerung der Verwischungsschatten sämtlicher
Schichtbilder enthält. Subtrahiert man dieses Korrekturbild von den einzelnen Schichtbildern
unter denselben Bedingungen (hinsichtlich Bildamplitude wzd örtlicher Verschiebung),
unter denen das dem Korrekturbild zugeordnete Primärbild jeweils zu der Erzeugung
des Schichtbildes beigetragen hat, dann werden anteilig die in diesem Schichtbild
enthaltenen Verwischungsschatten geschwäche. Eine wirksame Schwächung ist im allgemeinen
erst dann gegeben, wenn dieser Prozeß für sämtliche Primärbilder durchgeführt wird.
Noch wirksamer wird dieses Verfahren, wermw bei der Erzeugung des zweiten simulierten
Bildes dieses Bild nicht aus den ursprünglichen Schichtbildern konstruiert wird
und statt dessen die bereits mit dem ersten ISorrekturbild verbesserten Schichtbilder
herangezogen werden ElMd in den
folgenden Schritten entsprechend
verfahren wird.
-
Während der Durchführung dieses Verfahrens sowie nach dessen Abschluß
steht der vollständige Satz von Schichtbildern mit von Schritt zu Schritt verbesserter
Qualität zur Verfügung.
-
Aus prinzipiellen Gründen können die in den ursprünglichen Schichtbildern
enthaltenen Verwischungsschatten bei einer einmaligen Durchführung dieses Verfahrens
nicht vollständig eliminiert werden. Ohne weiteres können jedoch an diesen ersten
Durchlauf weitere Durchläufe angeschlossen werden, die iterativ zu einer weiteren
Verbesserung des Bildes führen. Der Grad der Verbesserung ist allerdings begrenzt
durch die bei jedem Verarbeitungsschritt hinzugefügten technisch bedingten Störsignale
(z.B. Rauschen, Nichtlinearitäten usw.).
-
Das vorstehend erläuterte Nachverarbeitungsverfahren wird mit der
in Fig. 1 dargestellten Anordnung durchgeführt, wobei zu den bereits erläuterten
Komponenten nur noch eine Vorrichtung 6 zur Umkehrung der Polarität eines Videosignals
(Negativbildschaltung) hinzutritt, die ein Fernsehbild in sein Negativbild transformiert,
sowie eine Subtrahiereinrichtung 8 zzi-r Differenzbildung zwischen zwei Videosignalen.
-
Der Eingang der Negativbildschaltung 6 ist über einen Umschalter 6a
mlt dem Ausgang des Bildspeichers 2 verbindbar. Der Ausgang der Negativbildschaltung
6 kann über einen Umschalter 6b, der in seiner gezeichneten Stellung die Leitung
7, die mit dem Eingang der Negativbildschaltung kurzgeschlossen ist, mit dem Eingang
der Bildspeicherröhre 3 verbindet, an den Eingang der Bildspeicherröhre 3 angeschlossen
werden. Die Subtrahiereinrichtung 8 weist zwei Eingänge auf, von denen der eine
mit dem Ausgang der Bildspeicherröhre 3 verbunden ist und von denen der andere über
den Umschalter 6a an den Ausgang des Bildspeichers 2 anschließbar ist. Der Ausgang
der Schaltung 8 zlr R7 ldung der Differenz zweier Video signale
kann
über den Umschalter 8b mit dem Eingang des Bildspeichers verbunden werden.
-
Die Anordnung arbeitet wie folgt: Im ersten Verfahrens schritt zeichnet
die Röntgen-Fernseheinrichtung 1 einen Satz von m-Primärbildern (m z.B. = 24) auf.
-
Die Primärbilder werden nacheinander in den Bildspeicher 2 eingespeichert.
Danach wird die Röntgenstrahlung abgeschaltet.
-
Der Umschalter 8b verbindet dabei den untersten Kontakt mit dem Eingang
des Bildspeichers 2.
-
Im nächsten Schritt werden aus den m-Primärbildern m-Schichtbilder
in der einleitend beschrebenen Weise erzeugt. Die Umschalter 8b, 6a und 6b befinden
sich dabei in der gezeichneten Stellung.
-
Anschließend werden alle m-Schichtbilder, die dann in dem Bildspeicher
2 gespeichert sind, einander unter geeigneter gegenseitiger Verschiebung auf der
Bildspeicherröhre 3 überlagert. Die Verschiebung erfolgt dabei durch Gleichspannungen,
die von der Steuereinheit 4 erzeugt werden und den Horizontal-bzw. Vertikalablenkspannungen
der Fernseh-Bildspeicherröhre 3 überlagert werden. Diese Ablenkspannungen sind so
bemessen, daß - wie in Verbindung mit Fig. 2a und Fig. 2b schon erläutert - die
Projektionsverhältnisse bei der Aufnahme eines Primärbildes simuliert werden. Die
Überlagerung der einzelnen Schichtbflder erfolgt mit 1/2m der Normamplitude (die
der maximal von der Bildspeicherröhre zu verarbeitenden Amplitude entspricht). Die
Umschalter 6a, 6b und 8b bleiben dabei in der gezeichneten Stellung.
-
Den auf dem Target der Bildspeicherröhre 3 mit gegenseitiger Verschiebung
einander überlagerten Schichtbildern, d.h. dem Uberlagerungsbild, wird das korrespondierende
Primärbild mit halber Normamplitude überlagertF nachdem es vorh¢wn über die Negativbildschaltung
6 invertiert worden ist Die Speicherröhre
enthält jetzt das Korrekturbild
der entsprechenden Projektionsrichtung mit halber Bildamplitude und mit einem Grundpegel
von der halben Normamplitude. Auf diese Weise ist die Darstellung positiver und
negativer Korrekturbildinhalte möglich. Der Umschalter 6b nimmt dabei die in der
Zeichnung nicht dargestellte Stellung ein.
-
Anschließend wird das Korrekturbild von den Schichtbildern, die im
Bildspeicher 2 gespeichert sind, subtrahiert. Dazu werden die Schichtbilder nacheinander
vom Speicher 2 abgerufen und über den dann in seiner Mittelstellung befindlichen
Schalter 6a dem einen Eingang der Subtrahiereinrichtung 8 zugeführt, deren anderem
Eingang synchron dazu jedesmal das Korrekturbild aus der Speicherröhre 3 zugeführt
wird, jedoch unter jeweils genau derselben geometrischen Verschiebung des Bildrasters
wie der des entsprechenden Primärbildes bei der Erzeugung des jeweiligen Schichtbildes.
Die Subtrahiereinrichtung 8 subtrahiert das verschobene mit dem Faktor 2/n bewertete
Korrekturbild von dem jeweiligen Schichtbild. Das entstehende Videosignal wird unmittelbar
in den Bildspeicher 2 wieder eingespeichert. Dazu ist es erforderlich, daß der Bildspeicher
2 zwei simultan benutzbare Kanäle besitzt, auf denen zur gleichen Zeit aus-bzw.
eingelesen werden kann (im Falle eines Magnetplattenspeichers zwei Magnetköpfe z.B.
auf der Oberseite und der Unterseite der Magnetplatte).
-
Durch diese Verfahrensweise wird vermieden, daß das Bild mehr als
einmal pro Schritt die Bildspeicherröhre passieren muß. Eine geringfügig verminderte
Amplitude des zu sub-trahierenden Korrekturbildes kann sich günstig insofern auswirken,
als Störsignale schneller wieder abgebaut werden. Bei der für den Idealfall angegebenen
Amplitude (2/n) kann im Realfall eine Fehlerfortpflanzung auftreten.
-
Der zuletzt beschriebene Schritt (Subtraktion eines Korrekturbildes
von den Schichtbildern) wird nacheinander m-mal durchlaufen.
Anschließend
wird das nächste Korrekturbild erzeugt, wozu die m-Schichtbilder wieder einander
überlagert werden, jedoch mit anderer Verschiebung als bei der Erzeugung des vorhergehenden
Korrekturbildes. Für einen kompletten Durchlauf des Verfahrens muß dieser Schritt
n-mal wiederholt werden, d.h. es muß eine der Zahl der Primärbilder entsprechende
Zahl von Korrekturbildern erstellt werden.
-
PATENTANSPRÜCHE: