DE3139331A1

DE3139331A1 - "roentgenfernseh-verfahren und -einrichtung"

Info

Publication number: DE3139331A1
Application number: DE19813139331
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. 85200 Erlangen Haendle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-10-02
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1983-04-21
Also published as: FR2514222A1; JPS5875987A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 81 P 5094 DE

Röntgenfernseh-Verfahren und -Einrichtung

Die Erfindung betrifft Röntgenfernseh-Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und Einrichtungen zu ihrer Durchführung. Derartige Einrichtungen enthalten zur Umsetzung der Röntgenbilder in eine wiedergebbare Fernsehsignalfolge z. B. eine konventionelle Röntgenbildverstärker-Fernsehkette (US-PS 41 49 082) oder eine direkt röntgenempfindliche großflächige Fernsehaufnahmeröhre (US-PS 41 61 755).

Beim Röntgen-Fernsehen kommt es bekanntlich darauf an, daß wiedergegebene Details vom zu untersuchenden Körper stammen und nicht aus dem Abbildungssystem selbst. So müssen z. B. in einer Anordnung gemäß US-PS 41 61 755 verwendete Vidikon-Röhren, deren fotoempfindliche Schichten z. B. aus Antimon-Trisulfid (SbpS,) oder Bleioxid (PbO) bzw. Cadmium-Selenid (CdSe) bestehen, hinsichtlich gleichmäßig ausgebildeter Übertsagungsfläche einen sehr strengen Auslesevorgang überstehen.

Dies ist notwendig, um für die medizinische Diagnostik hinreichend artefaktfreie Bilder zu gewährleisten. Bei der Herstellung der Schichten sind aber in der Praxis immer Unregelmäßigkeiten zu erwarten, die sich in der Abbildung störend bemerkbar machen. Diese Störungen sind im wesentlichen kleine Flecken, die auf den Unregelmäßigkeiten der Schicht beruhen.

Der wegen der Unzulänglichkeiten beim Beschichten des Eingangsschirmes notwendige AusleseVorgang ist auch ein Hindernis dafür, daß spezielle Fernsehaufnahmeröhren

Kn 5 Ler / 29.09.1981

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für Röntgen-Fernseh-Anlagen bisher auf dem Markt sich nicht durchsetzen konnten. Bei den üblichen, auch für Licht etc. empfindlichenRöhren können diejenigen Exemplare, die für Röntgeneinrichtungen nicht brauchbar sind, noch für andere technische Fernseh-Anlagen eingesetzt werden. Bei speziell nur röntgenempfindlichen Röhren stellen die auszuscheidenden Röhren einen unbrauchbaren Ausschuß dar, der von den guten Röhren mitfinanziert werden muß und so zu einer untragbaren Verteuerung der brauchbaren Ausführung führt. Besonders wichtig wäre eine Verminderung der Ausschußquote bei großflächigen Röntgen-Vidikons, die für die medizinische Diagnostik wegen der Anpassung der Abmessungen der Aufnahmefläche an die Dimensionen der Aufnahmeobjekte besonders vorteilhaft wären.

Neben den genannten Flecken der Umwandlungsschicht von Fernseh-Aufnahmeröhren können auch andere Teile der Röntgen-Fernseh-Einrichtung fehlerhaft sein. So können großflächige Ungleichmäßigkeiten bei dem Übertragungssystem von Röntgenbildverstärker-Fernsehketten vorkommen, die zum Teil auf nicht idealer ElektronSnabtastung oder auf einer Vignettierung des Röntgenbildverstärkers zurückzuführen sind.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei Röntgen-Fernseh-Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und Vorrichtungen zu ihrer Durchführung Mittel anzugeben zur Beseitigung von Störstrukturen, insbesondere von Flecken, die vom Übertragungssystem herrühren und die im Bild erscheinen, obwohl sie nicht aus dem abzubildenden Strahlenbild stammen.. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens angegebenen Maßnahmen gelöst und nach Anspruch 3 hinsichtlich der Vorrichtung.

fr

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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von den Erfahrungen aus, die bei der Herstellung üblicher Halbleiterschichten von Vidikon-Fernsehaufnahmeröhren gemacht wurden. Diese ergeben, daß es kaum möglich erscheint, die Halbleiterschichten für Vidikons, insbesondere wenn diese größere Flächen haben "sollen, frei von störenden Flecken herstellen zu können. Nach der Erfindung werden die Störsignale der Fernsehaufnahmeröhren oder des übrigen Röntgenbildübertragungssystems (Röntgenbildverstärker, Linsenobjektive etc.) mittels elektronischer Schaltungsmaßnahmeh kom*- pensiert, insbesondere ergibt sich dabei die Möglichkeit, eine derartige Kompensation unter Verwendung digitaler Schalttechnik sehr wirkungsvoll zum Einsatz bringen zu können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile sind nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

In der Figur 1 ist schematisch eine Röntgen-Fernseh-

Einheit gezeichnet, die eine erfindungsgemäß aufgebaute Einrichtung zur

Beseitigung von Flecken, die aus dem Übertragungssystem stammen, enthält, und

in der Figur 2 ein Ausschnitt aus einer Kompensationseinrichtung als Prinzipschaltbild.

In der Figur.1 ist eine Röntgen-Fernseh-Einrichtung dargestellt mit einem Röntgendurchleuchtungsgerät, bei dem

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ein Patient 1 auf einem Lagerungstisch 2 liegend mit den Strahlen einer Röntgenstrahlenquelle 3 durchleuchtet wird. Diese Quelle wird von einem an sich bekannten Röntgenapparat 4 mit den erforderlichen Mitteln versorgt. Gegenüber der Quelle 3 ist dem Patienten eine Röntgen-Bildverstärker-Fernsehkette 5 zugeordnet bzw. eine Röntgen-Fernseh-Kamera 5¹ (vgl. Figur 2). Diese Aufnahmeeinheit 5 bzw. 5' ist über eine Leitung bzw. 6¹ mit einem Monitor 7 bzw. 7¹ verbunden. Der Monitor enthält einerseits in einem Gerät 8 die zum Betrieb der Röntgen-Aufnahmeröhre 5' oder Röntgen-Bildverstärker-Fernsehkette 5 nötige Versorgungseinheit und andererseits eine Fernseh-Wiedergabeanordnung 9.

In der Figur 2 ist der für die Kompensation in einer Anordnung gemäß Figur 1 vorgesehene Teil des Gerätes in der Form eines gestrichelt umrandeten Prinzipschaltbildes 8' herausgezeichnet. Dies ist vorwiegend eine digitale Schaltung zur Kompensation von Artefakten. Bei dieser Schaltung wird das von der Fernseh-Aufnahme-Röhre 5^f bzw. der Bildverstärker-Fernsehkette 5 kommende Videosignal einem Analog-Digital-Wandler AO zugeführt, von dem dann das Digital-Signal on-line (realtime) in einen Digital-Speicher 11 gebracht wird. Die Kompensationsschaltung selbst besteht aus einem digitalen Speicher 14, einer Subtraktionsstufe 16, einer Schwellwertstufe 20, einem Mittelwertbildner 19 und einem Umschalter 21.

Das Digital-Signal vom Analog-Digital-Wandler 10 bzw. von einem digitalen Speicher 11 wird zuerst in einem weiteren digitalen Speicher 14 zwischengespeichert. Zweckmäßigerweise macht man hierzu eine Leeraufnahme, d. h. man nimmt ein Strahlenbild auf, ohne daß sich ein Patient im Strahlengang befindet. Dies wird zu-

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nächst im digitalen Speicher 11 zwischengespeichert oder direkt im digitalen Speicher 14, dem es über eine Verbindung 15 zugeführt wird. Die digitalen Speicher 11 und 14 enthalten deshalb auch die Grauwerte der BiIdpunkte (z. B. eine Amplitudentiefe von 8 bit).

Danach wird der Patient durchleuchtet oder es wird eine kurzzeitige Röntgenbelichtung mit dem Patienten gemacht. Das entstehende Videosignal wird dann über den Analog-Digital-Wandler 10 digitalisiert und das Digital-Signal dem Digital-Speicher 11 zugeführt. Von diesem Digital-Signal, das vom Speicher 11 kommt, wird in einer Subtraktionsstufe 16 das Digital-Signal der Leeraufnahme aus dem Speicher 14 subtrahiert. Das analogdigital-gewandelte Signal vom Analog-Digital-Wandler 10 kann aber auch direkt über eine Verbindung 15 der Subtraktionsstufe 16 zugeführt und davon das digitale Videosignal des Leerlaufbildes aus dem digitalen Speicher 14 subtrahiert werden. Am Ausgang der Subtraktionsstufe 16 ist dann in jedem der beiden Fälle ein digitales Signal vorhanden, von dem Signal-Unregelmäßigkeiten (Störsignale) des Bildübertragungssystems entfernt sind. Um nach der Subtraktion bei 16 negative Bildsignale zu vermeiden, kann der Subtraktionsstufe 16 eine Gleichpegeleinstellung 16' nachgeschaltet sein.

Würde man nach der Leeraufnahme auch die eigentliche Durchleuchtung ohne Patienten durchführen, dann müßte bei der Behandlung der Signale nach vorgenannter Art am Ausgang der Subtraktionsschaltung 16 für alle Bildpunkte der gleiche Pegelwert erscheinen. Falls in beiden Aufnahmen die gleiche Strahlenintensität benutzt wurde, müßte sich die Amplitude Null ergeben. In diesem Fall soll eine 1Ofache Dosisleistung vorhanden sein, so daß das Quantenrauschen vernachlässigbar ist.

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Wird nach der Durchführung der Leeraufnahme eine solche mit Patient gemacht, dann ergibt sich am Ausgang der Subtraktionsschaltung 16 ein Signal, das an den Stellen, an denen keine Artefakte, d. h. keine starken Flecken, in der Halbleiterschicht etc. vorhanden waren, proportional zu der Transparenz ist, die der Patient an der betreffenden Stelle den Röntgenstrahlen gegenüber aufweist. Schwache Flecken, die zusammen mit der Aufnahme des Patienten die maximale Kapazität der Halbleiterschicht nicht überschreiten, verschwinden schon nach der einfachen Subtraktion. Schon das stellt eine bemerkenswerte Verbesserung des Bildes dar, die bei einer Einrichtung erreichbar ist, die entsprechend der gestrichelt mit 30 angedeuteten Überbrückung keinen Mittelwertbildner 19 enthält.

An den Stellen, wo starke Störungen, z. -B-. Fleckender Halbleiterschicht 5¹¹, der Fernsehaufnahmeröhre 5' bzw. in dem bei 10 mündenden Übertragungsweg, insbesondere aus dem Bildverstärker der Kette 5, vorhanden sind, ergibt sich jedoch die Differenz Null bzw. an dieser 'Stelle ist das digitale Ausgangssignal der Snbtraktionsschaltung 16 nicht proportional der Röntgentransparenz des zu untersuchenden Objektes, weil die störenden Flecken bei der Aufnahme die Transparenz der entsprechenden Stellen bei der Aufnahme verdecken. Um auch in diesem Fall eine Kompensation der Störungen zu erreichen, sind gemäß Figur 2 Schaltungselemente 19, 20, 21 vorgesehen.

Zunächst ist davon auszugehen, daß die Flecken der Halb leiterschicht' 5¹' der Aufnahmeröhre 5' sich in ihrer Amplitude erheblich von denjenigen der übrigen Bildpunkte, insbesondere der Leerbildaufnahme, unterscheiden. Man führt deshalb das Ausgangssignal des digitalen

h"t μ · ν

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Speichers 14 einem Amplitudendiskriminator 20 mit einstellbarer Schwelle zu. Dieser Diskriminator 20 soll die Bildpunkte, die zu Flecken gehören, von den übrigen unterscheiden. Er ist deshalb so eingestellt, daß er nur ßignale durchläßt, deren Amplitude in der Größenordnung derjenigen der Flecken liegt. Mit diesen kann dann über einen Schalter 21 eine selektive Zulassung von Signalen zum Bild erreicht werden.

Das AusgangsSignal der Subtraktionsstufe 16 wird deshalb zunächst einem Mittelwertbildner 19 zugeführt, in welchem die Mittelwerte der Amplitude der örtlichen dem jeweiligen Bildpunkt benachbarten Bildpunkte gebildet werden. Dabei kann die Bildung der Mittelwerte auf die unmittelbar benachbarten Bildpunkte beschränkt sein. Es kann aber auch ein größeres Umfeld benutzt werden. Für die Bildung des Mittelwertes der unmittelbar benachbarten Punkte ergibt sich ein Mittelwert aus mindestens vier Bildpunkten. Bei einem größeren Umfeld werden in der Regel mehr Bildpunkte herangezogen, um einen geeigneten Mittelwert zu erzeugen. Das von der Subtraktionsschaltung 16 zu dieser Mittelwertbildung über die Leitung 23 geführte Signal sorgt dafür, daß die Bildpunkte, die innerhalb eines Fleckes liegen, nicht berücksichtigt werden, damit keine Verfälschung des Mittelwertes entsteht.

Das am Ausgang der Schaltung 19 ermittelte Signal wird einem Umschalter 21 zugeführt. Zu diesem gelangt gleichzeitig auch das Signal von der Subtraktionsstufe 16 über eine Verbindungsleitung 18. Der Umschalter 21 entscheidet dann, ob das digitale Videosignal direkt oder ob der Mittelwert der Bildsignale der benachbarten Bildpunkte zum Digital-Analog-Wandler 22 durchgeschaltet und damit sichtbar gemacht wird. Der Umschalter 21 wird

JlJl

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von dem Diskriminator 20 gesteuert, indem er nur von der Verbindung 18 auf das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 19 umschaltet, solange Bildpunkte vorhanden sind, die einem Flecken entsprechen.

Im Speicher 11 oder im Speicher 14 kann über mehrere Fernsehbilder integriert werden, um das Quantenrauschen des Strahlenbildes und das elektronische Rauschen des Kamera-Video-Verstärkers 8 weitgehend zu unterdrücken. Dies wird durch die Integration, d. h. durch die Mittelwertbildung des Rauschens über mehrere Bilder, erreicht, Der Speicher 14 kann auch in dem Speicher 11 integriert sein.

Die spezielle Kompensation von Artefakten durch die Schaltungsteile 19, 20 und 21 kann auch unabhängig von Subtraktionen in 16 durchgeführt werden, wenn der Verbindungsweg Zh verwendet wird und die Subtraktionsschaltung 16 mit dem Verbindungsweg 17 entfällt. Dies setzt aber voraus, daß die Signale und Störstellen sich erheblich voneinander unterscheidende Amplituden aufweisen. Das Signal an den Stellen, an denen sich* die Flekken befinden, wird eliminiert und durch den Mittelwert ersetzt.

Man könnte aber auch einen der beiden digitalen Speicher 14 oder 11 weglassen, müßte dann aber die Umgehung 15 oder 25 verwenden. Dies beruht darauf, daß es möglich ist, einen der in der Subtraktion nötigen Werte ungespeichert direkt zu verwenden. Eine mehrfache Auswertung des Bildes wäre dann allerdings nicht möglich. Es würde sich aber doch der Vorteil ergeben, daß man einen der Speicher 11 oder 14 ersparen kann.

2 Figuren

12 Patentansprüche

-AS-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

VPA 81 P 5094 DE

Verfahren zur Beseitigung von Störstrukturen aus Röntgenfernsehbildern, dadurch gekenn zeichnet, daß die störende Struktur durch Subtraktion der Signale einer Leeraufnahme (ohne Patienten) von den Signalen einer Aufnahme mit Patienten oder einer Durchleuchtung mit Patienten beseitigt und gegebenenfalls an die Stelle von Störsignalen hoher Intensität ein Mittelwert der Bildamplituden der Umgebung der Stelle gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an einem ersten Schritt die gespeicherten Signale einer Leeraufnahme von den Signalen des gewünschten Röntgenbildes subtrahiert werden, und daß an solchen Bildstellen, wo durch fehlerhafte Schichten nur ein reines Störsignal ohne Anteile, die vom Strahlenbild herrühren, vorhanden ist, Mittelwerte der Signale der Umgebung eingefügt werden, indem mittels einer Schaltvorrichtung, die von Signalen gesteuert wird, welche mittels einer Schwellwertanordnung aus den Störsignalen gewonnen werden, an den Stellen der Flecken die Mittelwerte und an den übrigen Stel- len die Originalwerte zur Abbildung gelangen.
3. Röntgenfernseheinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Aufnahmeanordnung zur Umsetzung des Strahlenbildes in eine Folge von Fernsehsignalen, die auf einem Monitor sichtbar gemacht, wird, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Aufnahmeanordnung (5, 5') und dem Monitor (9) eine digitale adaptiv und im real-time-Betrieb arbeitende Störstruktüren (Artefakte) kompensierende Schaltungsanordnung

- yar - vpa ei ρ 5094 de

liegt, in der nacheinander ein Analog-Digital-Wandler (10), ein Mittelwertbildner (19) und ein Umschalter (21) sowie ein Digital-Analog-Wandler (22) liegen, daß der Mittelwertbildner (19) eine Überbrückung aufweist, die direkt zum Schalter (21) führt, und daß außerdem noch das Originalsignal an einem Schwellwertbildher (20) liegt, dessen Ausgang steuernd am Schalter (21) angreift, wobei der Schwellwertbildner (20) nur für Signale von Störstruktur mit höheren Amplitudenwerten durchlässig ist, die dann eine Umschaltung des Schalters (21) auf den Mittelwertbildner (19) bewirken.
4. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwi- sehen dem Analog-Digital-Wandler (10) und dem Mittelwertbildner (19) ein Speicher (11) liegt.
5. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (11) in der direkten Verbindung des Analog-Digital-Wandler s (10) mit dem Mittelwertbildner (19) liegt und daß von ihrer Verbindung abzweigend, ein weiterer Speicher (14) liegt, der eine"Verbindung zum Schwellwertbildner (20) aufweist.
6. Röntgenfernseheinrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher Digitalspeicher sind.
7. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Einfügung des Mittelwertes ein weiterer Speicher (31) für Adressen der Bildpunkte vorgesehen ist, bei denen Störungen vorhanden sind.

- VT - VPA 81 P 5094 DE
8. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Speicher (11) und dem Mittelwertbildner (19) eine Subtraktionsvorrichtung (16) liegt.
9. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Subtraktionsvorrichtung (16) eine Gleichpegeleinstellung (16¹) nachgeschaltet ist.
10. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicher (11) zur Integration mehrerer Fernsehbilder oder als rekursives zeitliches Tiefpaßfilter ausgelegt ist.
11. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Speicher (14) im ersten Speicher (11) integriert ist.
12. Röntgenfernseheinrichtung nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Speicher (14) zur Integration mehrerer Fernsehbilder oder als rekursives zeitliches Tiefpaßfilter ausgelegt ist.