DE2658331C2

DE2658331C2 - Röntgenschichtaufnahmeeinrichtung mit einer einen Bildverstärker und eine Fernsehkamera enthaltenden Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE2658331C2
Application number: DE2658331A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ing.(grad.) 2095 Marschacht Dittrich; Jürgen Dr. Heinzerling; Dieter Dr. 2000 Hamburg Meyer-Ebrecht; Ralf Ing.(grad.) 2070 Ahrensburg Möllendorf; Friedrich Ing.(grad.) 2095 Marschacht Wolf
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1982-06-09
Also published as: IT1089630B; DE2658331A1; BE861465A; US4188640A; GB1597170A; NL7713504A; JPS5379395A; FR2385292A1

Description

a) die Bildaufnahmevorrichtung (4, 5) ist so angeordnet und geführt, daß ihre optische Achse stets parallel zum Zentralstrahl (9) ausgerichtet ist,

b) das Entzerrungsnetzwerk (11, 13) ist zwischen den Ablenkgenerator (12) und die Ablenkeinheiten der Fernsehkamera (5) geschaltet,

c) die Recheneinrichtung (13) verringert die durch die Neigung des Eingangsschirmes des Bildverstärkers (4) gegen die Schichtebene (10) bedingten trapezförmigen geometrischen Verzerrungen durch Umformung der ihr zugeführten Ablenksignale U_x und u_y entsprechend den Beziehungen

u, + k\ ■ u · cos φ + ki ■ u ■ U_x + k\ ■ ki · u² · cos φ

und

■ u- sin φ + k₂ ■ u

mit

u = U_x- cos φ + Uy · sin φ, k] = cos a - 1 und

A'2 = - — sin α,

■ u² · sin φ

wobei u'x bzw. u'_y die vom Ausgang der Recheneinrichtung (13) gelieferten, die Ablenkeinrichtung der Fernsehkamera steuernden korrigierten Ablenksignale zur Ablenkung des Elektronenstrahls der Fernsehkamera (5) in der x- bzw. der y-Richtung sind, φ der Bahnwinkel, λ der Schichtwinkel und u, eine dem Abstand a des Brennfleckes der Röntgenröhre von dem Bildverstärkereingangsschirm proportionale konstante Signalgröße sind,

d) die Entzerrungseinrichtung (11) verringert nur die durch den Aufbau der Bildaufnahmevorrichtung (4,5) bedingten Verzerrungen.

Die Erfindung betrifft eine Röntgenschichtaufnahmeeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Art. Eine solche Einrichtung ist aus der DE-OS 24 37 529 bekannt. Dabei werden eine Reihe von Einzelbildern aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen einander überlagert. Das Überlagerungsbild stellt lediglich eine dünne Schicht aus dem Objekt scharf dar. Schichtaufnahmen von anderen Ebenen des Objektes können erzeugt werden, indem die Einzelbilder vor der Überlagerung in einem genau definierten Maß gegeneinander verschoben werden. Dabei ergeben sich jedoch nur dann einwandfrei scharfe Schichtaufnahmen, wenn die Einzelbilder ohne jede geometrische Bildverzerrung aufgenommen und bis zur Überlagerung weiterverarbeitet werden.

Bei Verwendung eines Bildverstärkers, der das Röntgenschattenbild in ein sichtbares Bild mit verstärkter Helligkeit umwandelt, und einer Fernsehaufnahmeröhre, die das Bild auf dem Ausgangsschirm des Bildverstärkers in ein Videosignal umsetzt, treten erhebliche Bildverzerrungen auf. Sie setzen sich zusammen aus Verzerrungen, die durch die Elektronenoptiken im Bildverstärker und in der Fernsehaufnahmeröhre verursacht werden und die unabhängig von den geometrischen Bedingungen der Aufnahme sind, sowie aus Verzerrungen, die durch die Projektion des b5 Objektes auf dem im allgemeinen kugelförmig gewölbten Eingangsschirm des Röntgenbildverstärkers bedingt sind. Dieser Teil der Verzerrungen hängt bei den Anordnungen der eingangs genannten Art in starkem

Maße vom Schichtwinkel ab. Die Beseitigung dieses Teils der Verzerrung durch die Entzerrungseinrichtung ist kompliziert und schwer zu realisieren, weil die Parameter der zu kompensierenden Bildverzerrung sich von Bild zu Bild abhängig vom jeweiligen Bahnwinkel und vom Schichtwinkel ändert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs vorausgesetzten Art so auszubilden, daß die durch den Aufbau der Bildaufnahmevorrichtung einerseits und durch die geometrischen Verhältnisse bei der Aufnahme andererseits bedingten Verzerrungen getrennt voneinander korrigiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebene Ausbildung gelöst

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß bei normalen, z. B. aus der DE-OS 17 64 580 bekannten, Untersuchungsgeräten, mit denen keine Schichtaufnahmen angefertigt werden, die Bildaufnahmevorrichtung in der Regel so angeordnet und geführt ist, daß ihre optische Achse stets parallel zum Zentralstrahl ausgerichtet ist.

Bei der bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art wird dagegen die Bildaufnahmevorrichtung so geführt, daß ihre optische Achse die Schichtebene stets senkrecht schneidet, so daß die optische Achse und der Zentralstrahl, der den Fokus der Röntgenröhre mit dem Mittelpunkt des Bildverstärkereingangsschirmes verbindet, einen von Null verschiedenen Winkel miteinander bilden. Nur unter dieser Voraussetzung wird erreicht, daß das Überlagerungsbild eine Schicht aus dem Objekt in allen Teilen scharf abbildet, unter der zusätzlichen Voraussetzung, daß die Bildaufnahmeeinrichtung eine ebene Projektionsfläche darstellt.

Demgegenüber wird bei der Einrichtung nach der Erfindung die Bildaufnahmevorrichtung so geführt, daß ihre optische Achse parallel zum Zentralstrahl ausgerichtet bleibt (was in einfacher Weise beispielsweise dadurch erfolgen kann, daß die Bildaufnahmevorrichtung auf geeignete Weise an der Führungsstange befestigt wird, die die mechanische Kopplung zwischen der Röntgenröhre und der Bildaufnahmevorrichtung bewirkt), so daß die Schichtebene und die Ebene des Eingangsschirmes des Bildverstärkers einen Winkel miteinander einschließen, der gleich dem Schichtwinkel (das ist der Winkel zwischen dem Zentralstrahl und dem Lot auf die Schichtebene) ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer derartigen Führung die durch den Aufbau der Bildaufnahmevorrichtung bedingten Verzerrungen (Verzerrungen durch die Elektronenoptik, durch das Kopplungsobjektiv zwischen dem Ausgangsschirm des Bildverstärkers und der Fernsehkamera, durch die Krümmung des Bildverstärkereingangsschirms usw.) unabhängig von den geometrischen Verhältnissen bei der Aufnahme werden — anders als bei den bekannten Anordnungen — und deshalb sehr viel einfacher kompensiert werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung und

Fig.2 ein Beispiel der schaltungsmäßigen Ausführung einer zwischen den Ablenkgenerator der Fernsehkamera und ihre Ablenkeinheit geschaltete Schaltung, die die vom Ablenkgenerator gelieferten Ablenkspannungen bzw. Ablenkströme entsprechend den im Patentanspruch angegebenen Beziehungen umformt.

In F i g. 1 ist ein Röntgenstrahl« 1 gezeichnet, der den Körper eines auf einer Tischplatte 1 gelagerten Patienten 3 durchstrahlt Das Strahlenrelief hinter dem Patienten wird von einem Bildverstärker 4 erfaßt und in ein sichtbares Bild umgewandelt, das von einer Fernsehkamera 5 aufgenommen wird. Die dabei erzeugten, jeweils einem Einzelbild entsprechenden Signale werden in einen Zwischenspeicher 6, beispielsweise einen Plattenspeicher, übernommen, aus dem sie

ίο zur Erzeugung eines Oberlagerungsbildes abgerufen und in eine Bildspeicherröhre 7 eingeschrieben werden können. Die gegenseitige Verschiebung der Einzelbilder, die von der Lage der Schichtebene abhängt, die durch die Überlagerung dargestellt werden soll, wird dabei von einem nicht näher dargestellten Steuerrechner errechnet, der auch die Ablenkeinheiten der Bildspeicherröhre 7 entsprechend steuert Die durch die Überlagerung entstandene Schichtaufnahme kann aus dem Target der Bildspeicherröhre 7 ausgelesen und von einem Bildwiedergabegerät 8 wiedergegeben werden. — Insoweit ist der Aufbau der in F i g. 1 dargestellten Anordnung bekannt

Die Einzelbilder werden in verschiedenen Stellungen des Systems Strahler — Bildaufnahmevorrichtung (Bildverstärker 4 und Fernsehkamera 5) gemacht In F i g. 1 sind drei dieser Stellungen dargestellt, wobei zwei nur in gestrichelten Linien angedeutet sind. Die Zentralstrahlen 9 bestimmen durch ihren Schnittpunkt die Lage der Ebene 10, die durch Überlagerung der Einzelbilder ohne gegenseitige Verschiebung scharf dargestellt werden kann.

F i g. 1 ist zu entnehmen, daß die Bildaufnahmevorrichtung so geführt ist daß ihre optische Achse (das ist die auf dem Mittelpunkt des Bildverstärkereingangsschirmes senkrecht stehende Linie) stets parallel zum Zentralstrahl 9 verläuft. Die Führung derBildaufnahmevorrichtung, derart, daß ihre optische Achse parallel zum Zentralstrahl verläuft, ist einfach, weil die meisten Schichtaufnahmegeräte eine Kupplungsstange besitzen, die den Röntgenstrahier und die Bildaufnahmevorrichtung miteinander verbindet und deren gegensinnige Verschiebung bewirkt. Diese Kupplungsstange erstreckt sich parallel zum Zentralstrahl, und deshalb muß sie lediglich so mit der Bildaufnahmevorrichtung verbunden werden, daß ihre Richtung und die optische Achse der Bildaufnahmevorrichtung parallel sind.

Bei dieser Anordnung der Bildaufnahmevorrichtung sind die durch die Krümmung des Bildverstärkereingangsschirmes durch die Elektronik, das nicht näher dargestellte Koppelobjektiv zwischen dem Ausgangsschirm des Bildverstärkers und der Fernsehkamera usw. verursachten Bildverzerrungen für alle Stellungen des Systems Strahler — Bildaufnahmevorrichtung gleich und unabhängig von dem Winkel, unter dem der Zentralstrahl 9 die Schichtebene 10 schneidet Sie können daher durch handelsübliche Entzerrungseinrichtungen beseitigt werden.

Diese Entzerrungseinrichtungen, die beispielsweise für die Entzerrung der Bildgeometrie bei hochauflösenden Kathodenstrahlbildröhren angewandt werden, erzeugen aus Ablenkspannungen bzw. Ablenkströmen u'x, u'y verzerrte Ablenkspannungen x_cundy_a wobei sich die Verzerrung der Ablenkspannungen so einstellen läßt, daß die durch die Krümmung des Bildverstärkereingjngsschirmes usw. verursachten Verzerrungen beseitigt werden können. Die Anordnung nach F i g. 1 enthält eine derartige Entzerrungseinrichtung 11, deren Eingänge über eine in ihrer Funktion noch zu

erläuternde Recheneinrichtung 13 mit den Ausgängen eines Ablenkgenerators 12 verbunden sind und deren Ausgänge mit den Ablenkeinheiten der Fernsehkamera 5 verbunden sind.

Wie bereits erwähnt, ergeben sich durch die Neigung des Bildverstärkereingangsschirmes in bezug auf die Schichtebene zusätzlich geometrische Verzerrungen. So werden beispielsweise in der Stellung von Röntgenstrahier und Bildaufnahmevorrichtung, in der sich der Röntgenstrahier links und der Bildverstärker rechts befinden, die Bereiche der Schichtebene rechts vom Schnittpunkt mit dem Zentralstrahl kleiner abgebildet als die links vom Schnittpunkt liegenden, weil die rechts vom Zentralstrahl liegenden Bereiche näher am Bildverstärkereingangsschirm liegen. Es läßt sich zeigen, daß ein in der Schichtebene iö Hegender Punkt, dem bei der üblichen Parallelprojektion auf den Bildverstärkereingangsschirm die Koordinaten x, y zugeordnet wären, in einer zum Zentralstrahl 9 senkrechten Ebene (entsprechend dem Bildverstärkereingangsschirm) als Punkt mit den Koordinaten x', y' abgebildet wird (wobei der Nullpunkt des x-, y- bzw. des χ'-, y'-Koordinatensystems auf dem Zentralstrahl 9 liegt), wobei näherungsweise die folgenden Beziehungen gelten:

χ = χ + k\ ■ u ■ cos φ und

u · χ + k\

· u² · cos

■ u ■ sin φ + k₂ ■ u · y + k_t ■ k₂ ■ u² ■ sin φ

u =x ■ cos φ + y ■ sin ki = cos a - 1

35

A.'2 = - — sin ir. a

Dabei ist φ der Bahnwinkel, dL h. der Winkel, den die Projektion des Zentralstrahls 9 auf die Schichtebene mit der x-Achse einschließt, ä der Schichtwinkel und a der Abstand des Brennfleckes des Röntgenstrahlers von der Bildverstärkereingangsebene.

Diese geometrischen Verzerrungen lassen sich beseitigen, wenn die Ablenkspannungen bzw. die Ablenkströme U_x bzw. u_y in x- und y-Richtung, entsprechend den im Patentanspruch angegebenen Beziehungen umgeformt werden in u'_x und u'y. Die Ablenkspannungen bzw. -ströme der Speicherröhre 7 und des Bildwiedergabegerätes bleiben dabei unverformt Die Größen uΊ bzw. u'_y hängen nicht nur von u_x bzw. α, ab, sondern auch von u_y bzw. u_s. Das bedeutet, daß, wenn U_x die Zeilenablenkspannung bzw. den Zeilenablenkstrom und u_y die Vertikalablenkspannung bzw. Vertikalablenkstrom darstellen, die umgeformte Größe u'_x neben zeilenfrequenten Komponenten auch Komponenten mit der Vertikalfrequenz enthält und die umgeformte Größe u'_y neben Komponenten mit der Vertikalfrequenz auch zeilenfrequente Komponenten, deren Größe vom Bahnwinkel <p und vom Schichtwinkel eo α abhängt

Die Recheneinrichtung 13 formt die sägezahnförmigen Horizontal- und Vertikalablenkspannungen bzw. -ströme entsprechend der ersten Beziehung in Spannungen bzw. Ströme u'_x und u'_y um, so daß die durch die Neigung der Ebene des Bildverstärkereingangsschirms zur Schichtebene bedingten geometrischen Verzerrungen beseitigt werden. Die umgeformten Spannungen bzw. Ströme u'_x und u'_y werden der oben beschriebenen Entzerrungseinrichtung U zugeführt, die daraus die Ablenkspannungen bzw. die Ablenkströme x_c und y_c für die Ablenkeinheiten der Fernsehkamera 5 bildet und somit die durch die Krümmung des Bildverstärkereingangsschirmes usw. bedingten Verzerrungen ebenfalls beseitigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Recheneinrichtung 13 zur Beseitigung der geometrischen Verzerrungen ist in Fig.2 dargestellt. Die Ablenkspannungen bzw. die Ablenkströme U_x und u_y vom Ablenkgenerator 12 werden einerseits Addierstufen 25 bzw. 35 und andererseits Multiplizierschaltungen 21 bzw. 31 zugeführt, in denen sie mit cos φ bzw. sing) multipliziert werden. Die Ausgangssignaie der beiden Muitipiizierschaltungen 21 und 31 werden den Eingängen einer Addierschaltung 14 zugeführt, so daß deren Ausgangssignal, das zwei Multiplizierschaltungen 15 und 16 zugeführt wird, der Größe u in den im Patentanspruch angegebenen Beziehungen entspricht In der Multiplizierschaltung 16 wird das Ausgangssignal der Addierschaltung 14 mit dem Wert Αϊ multipliziert Der Ausgang der Multiplizierschaltung 16 ist mit je einem Eingang von Multiplizierschaltungen 22 bzw. 32 verbunden, in denen das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 16 mit cos φ bzw. sin φ multipliziert wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltungen 22 und 32 entspricht daher dem zweiten Term in den genannten Beziehungen. Es wird je einem weiteren Eingang der Addierschaltung 25 bzw. 35 zugeführt und außerdem Addierschaltungen 23 bzw. 33, die die Ausgangssignale von 22 bzw. 32 und die Eingangsgrößen U_x bzw. u_y addieren. Die Ausgangssignale der Addierschaltungen 23 und 33 werden in Multiplizierschaltungen 24 bzw. 34 mit dem Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 15 multipliziert, die ihrerseits das Ausgangssignal der Addierschaltung 14 mit dem Faktor k₂ multipliziert Die Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen 24 bzw. 34 entsprechen daher der Summe des dritten und vierten Terms der genannten Beziehungen. Es wird einem weiteren Eingang den Addierschaltungen 25 bzw. 35 zugeführt, so daß an deren Ausgang die Größen ty χ bzw. u'ν abgenommen werden können.

Die Multiplizierstufen 15,16,21,22,31 und 32 können durch sogenannte multiplizierende Digital-Analog-Konverter ersetzt werden, die in ihrer Genauigkeit und Bandbreite analogen Multiplizierern beträchtlich überlegen sind. Die Korrekturparameter k\, fe. cos ψ und sin φ müssen dann digital zur Verfügung gestellt werden, ki und fc können ohne weiteres durch den in derartiger. Anordnungen ohnehin erforderlichen Steuerrechner berechnet werden. Sie sind bei kreisförmiger Verwischungsfigur konstant Die Werte cos φ und sincp ändern sich von Einzelbild zu Einzelbild — jedenfalls dann, wenn das System Strahler — Bildaufnahmevorrichtung während der Aufnahme der verschiedenen Einzelbilder nicht längs einer Geraden positioniert wird. Sie müssen daher bei jeder Einzelbildaufnahme neu berechnet werden. Wird der Winkel φ während der Aufnahme digital gemessen, dann können die Winkelfunktionen mittels in fest programmierten Halbleiterspeichern eingespeicherter Tabellen bestimmt werden. Die Periodizhät und die Symmetrie der Winkelfunktionen erlaubt es, mittels einer Tabelle für nur einen Quadranten beide Winkelfunktionen in allen vier Quadranten zu berechnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Röntgenschichtaufnahmeeinrichtung mit einer einen Bildverstärker und eine Fernsehkamera enthaltenden Bildaufnahmevorrichtung zur Aufnahme von Einzelbildern in verschiedenen Positionen des Röntgenstrahlen und der Bildaufnahmevorrichtung, mit einer Überlagerungsvorrichtung zur Erzeugung einer Schichtaufnahme durch Überlagerung der um vorgebbare Beträge gegeneinander verschobenen Einzelbilder, mit einem Ablenkgenerator zur Erzeugung sägezahnförmiger Ablenksignale für die Ablenkeinheiten der Fernsehkamera, die Ablenkeinheiten über ein Entzerrungsnetzwerk zugeführt werden, "das die Ablenksignale zur Verringerung sowohl von durch den Aufbau der Bildaufnahmevorrichtung bedingten, als auch von durch die geometrischen Verhältnisse bei der Aufnahme erzeugten Verzerrungen in Abhängigkeit von dem zwischen der Projektion des Zentralstrahles auf die Schichtebene und der x- Achse eines in der Schichtebene liegenden x-y-Koordinatensystems, dessen Ursprung durch den Zentralstrahl verläuft, eingeschlossenen Bahnwinkel und in Abhängigkeit von dem zwischen dem Lot auf die Schichtebene und dem Zentralstrahl gebildeten Schichtwinkel umformt und das zwei hintereinander geschaltete Einheiten umfaßt, von denen die eine eine Entzerrungseinrichtung ist und die andere eine Recheneinrichtung enthält, die die Ablenksignale durch Addition von die Sinus- und Kosinusfunktion des jeweiligen Bahnwinkels enthaltenden Korrekturfunktionen in korrigierte Ablenksignale umformt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: