DE3149483A1

DE3149483A1 - Roentgendiagnostikeinrichtung zur erstellung von subtraktionsbildern

Info

Publication number: DE3149483A1
Application number: DE19813149483
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Haendle; Wolfgang Ing.grad. 8500 Nürnberg Maaß
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-12-14
Filing date: 1981-12-14
Publication date: 1983-06-23
Also published as: FR2518340A1; US4503459A; JPS58105744A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 81 P 5118 DE

Röntgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung von Subtraktionsbildern

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Bildverstärker-Fernsehkette, mit einer Subtraktionsvorrichtung, die wenigstens einen Bildspeicher und eine Differenzstufe zur Erstellung von Subtraktionsbildern durch Differenzbildung aus den gespeicherten Videosignalen und zeitlich verschobenen Videosignalen aufweist, und mit einem Monitor.

Subtraktionsbilder finden in der Angiographie Verwendung, um Blutgefäße, die im normalen Röntgenbild nur schlecht zu erkennen sind und von Knochenstrukturen überlagert werden, deutlich sichtbar zu machen.

In der DE-PS 30 18 129 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Erstellung von Subtraktionsbildern beschrieben, bei der in einem Speicher ein über mehrere Abtastungen gemitteltes Leerbild, d. h. ein Bild ohne Kontrastmittelfüllung gespeichert wird. Anschliessend wird ein Kontrastmittel injiziert. Die Füllungsbilder werden nun entweder direkt einer Differenzstufe zugeführt (Durchleuchtungssubtraktion) oder in einem weiteren Bildspeicher über mehrere Abtastungen gemittelt abgespeichert. In der Differenzstufe erfolgt die Subtraktion des Leerbildes vom Füllungsbild, so daß auf einem nachgeschalteten Monitor anschließend nur die interessierenden, gefüllten Geräte zu sehen sind.

Die Speicherung der Bilder erfolgt in digitalen BiId-

Gse 5 Ler / 27.11.1981

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speichern. Die Subtraktion und die Weiterverarbeitung werden ebenfalls digital durchgeführt. Dazu werden die Videosignale in einem Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) digitalisiert und nach erfolgter Verarbeitung in einem Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) in analoge Videosignale zurückgesetzt und auf dem Monitor dargestellt. Die üblichen A/D-Wandler weisen bei einer der Fernseh-Bildfrequenz entsprechenden Taktfrequenz eine Amplitudentiefe von 8 bit auf. Es lassen sich zwar auch A/D-Wandler mit· einer höheren Amplitudentiefe verwenden. Diese arbeiten aber mit geringerer Taktfrequenz, so daß Durchieuchtungsaufnahmen nur zeitverzögert erstellt werden können. Dadurch können aber auch Bewegungsunschärfen auftreten.

Die bei der digitalen Subtraktionstechnik dargestellten Gefäße haben im Ortsfrequenzspektrum einen überwiegenden Spektralanteil bei hohen Ortsfrequenzen. Durch die Modulationsübertragungsfunktion der Röntgenbildverstärker-Fernsehkette ergeben sich für diese Spektralanteile relativ geringe Amplitudenwerte im Vergleich zu dem übrigen Bildinhalt, der durch den Kontrast größerer Flächenanteile gegeben ist. Bei einem üblichen Röntgenfernsehsignal wird deshalb bezogen auf die Gefäßdarstellung eine relativ schlechte Ausnutzung der Amplitudentiefe des Analog/Digital-Wandlers erreicht. Dadurch wird die Auflösung stark eingeschränkt und man erhält einen geringen Störabstand.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagnostikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die gesamte Amplitudentiefe des A/D-Wandlers für die Subtraktionstechnik verwendet und dadurch der Störabstand im digitalen Subtraktionsbild verbessert wird.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch-gelöst, daß der Subtraktionsvorrichtung eine Schaltung mit Hochpaßcharakteristik zur zweidimensionalen Urtsfrequenzfilterung vorgeschaltet ist. Durch diese Hochpaßschaltung werden die eine große Amplitude aufweisenden, für die Subtraktionstechnik uninteressanten Bildbereiche unterdrückt, so daß der A/D-Wandler besser an die hochfrequenten Bildteile angepaßt werden kann.

Ein einfacher und störunempfindlicher Aufbau ergibt sich, wenn zur Erzielung der Hochpaßcharakteristik eine Tiefpaßschaltung vorhanden ist, deren tieffrequentes Ausgangssignal in einer-weiteren Differenzstufe von dem Eingangssignal subtrahiert wird. Das Bildrauschen läßt sich verringern, wenn die Tiefpaßschaltung einen weiteren Bildspeicher enthält, in dem die Bildpunktinformationen mehrerer Bilder überlagert werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 · ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikeinrichtung, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Schaltung mit Hochpaßcharakteristik und der Subtraktionsvorrichtung der Röntgendiagnostikeinrichtung gemäß Figur 1.

In der Figur 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer von einem Hochspannungsgenerator 1 gespeisten Röntgenröhre 2 dargestellt, in deren Strahlengang sich ein Patient 3 befindet. Ein im Strahlengang nach-

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folgender Röntgenbildverstärker 4 ist mit einer Fernsehkamera 5 verbunden, deren Ausgang auf eine Schaltung mit Hochpaßcharakteristik 6 geführt ist. Deren Ausgangssignal wird in einer Subtraktionsschaltung 7 verarbeitet und auf einem Monitor 8 dargestellt. Ein Synchrontaktgenerator 9 steuert die Synchronisation der zeitlichen Funktionsabläufe der Fernsehkamera 5, der Schaltung 6, der Subtraktionsvorrichtung 7 und des Monitors 8.

Der in der Figur 2 dargestellten Schaltung 6 wird das analoge Videosignal der Fernsehkamera 3 zugeführt, das in einem die Eingangsstufe bildenden logarithmischen Verstärker 10 logarithmiert wird. Anschließend wird das Signal in einem A/D-Wandler 11 digitalisiert. Der Ausgang des A/D-Wandlers 11 ist mit einer Integrationsstufe 12 verbunden. Das Ausgangssignal der Integrationsstufe 12 wird in einen Bildspeicher 13 eingelesen, dessen Ausgang auf den zweiten Eingang der Integrationsstufe 12 rückgekoppelt ist. Dem Bildspeicher 13 wird die Taktfrequenz des Synchrontaktgenerators 9 über eine Verzögerungsschaltung 14 zugeführt. Der Ausgang des Bildspeichers 13 ist mit einem zweidimensionalen Tiefpaßfilter 15 verbunden, dessen Ausgangssignal in einem D/A-Wandler 16 in analoge Signale umgesetzt wird. Der D/A-Wandler 16 ist mit einem elektrisch phasenreinen Tiefpaßfilter 17 verbunden. Das tieffrequente Signal des Tiefpaßfilters 17 wird in einer ersten Differenzstufe 18 von dem aktuellen Videosignal sub-

trahiert. . ·

Das Differenzsignal der Differenzstufe 18 wird in einem Verstärker 19 verstärkt und anschließend in einem A/D-Wandler 20 digitalisiert. Der Ausgang des A/D-Wandlers 20 ist mit zwei parallel geschalteten Integrations-

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stufen 21 und.23 verbunden, die jeweils an weiteren Bildspeichern 22 und 24 angeschlossen sind. Die Ausgänge der Bildspeicher 22 und 24 sind aux die zweiten Eingänge der Integrationsstufen 21 und 23 rückgekoppelt. Die in den Bildspeichern 22 und 24 gespeicherten Röntgenbilder werden in einer zweiten Differenzstufe 25 voneinander subtrahiert. Das Ausgangssignal der Differenzstufe 25 kann einem logarithmischen Verstärker 26 und einem digitalen Verstärker zugeführt sein. In einem D/A-Wandler 28 wird das digitale Signal in'ein analoges umgesetzt, das auf dem Monitor 8 dargestellt werden kann.

Bevor das analoge Videosignal der Subtraktionsvorrichtung 7 zugeführt wird, die die Komponenten 19 bis 28 enthält, wird es einer Ortsfrequenzfilterung mit Hochpaßcharakteristik unterworfen. Hierzu durchläuft das Videosignal die digitale Tiefpaßschaltung 11 bis 17. In dem Bildspeicher 13 werden die Videosignale mehrerer Fernsehbilder bildpunktweise überlagert.

In dem nachfolgenden Tiefpaßfilter 15 wird der Inhalt des Bildspeichers 13 bildpunktweise einer Tiefpaßfilterung unterworfen, wobei jeweils die Bildpunkte der benachbarten Umgebung mit einbezogen werden. So können beispielsweise für den fünften Bildpunkt in der fünften Zeile die Bildpunkte 4 und 6 in der fünften Zeile und die fünften Bildpunkte der Zeilen 4 und 6 erfaßt werden. Ebenfalls könnten die Bildpunkte 4 und 6 der Zeilen 4 und 6 mit berücksichtigt werden. Eine darüber hinausgehende Erweiterung der Umgebung wäre auch denkbar. Zusätzlich könnten die weiter abliegenden Bildpunkte mit einer Schwächungsfunktion multipliziert werden.

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Durch die in der Verzögerungsschaltung 14 einstellbare Laufzeit für die Taktfrequenz des Bildspeichers 13 wird der Laufzeitausgleich für die Tiefpaßschaltung

11 .bis 17 durchgeführt. Damit erreicht man eine punkt-'5 genaue Deckung des aktuellen und des tiefpaßgefilterten Videosignales. Durch die Subtraktion beider Videosignale in der Differenzstufe 18 erhält man nur die hochfrequenten Anteile des Videosignales.

Durch die Rückkopplungsschleife der Integrationsstufe

12 und des Bildspeichers 13 kann man eine gewichtete Mittelwertbildung durchführen, so daß die Fernsehbilder weitgehend rauschfrei sind.

Das Differenzsignal der Differenzstufe 18 weist somit eine geringere Amplitude als das Videosignal auf. Damit die Amplitudentiefe des A/D-Wandlers 20 vollständig ausgenutzt werden kann, wird das Differenzsignal in dem Verstärker 19 auf den maximal möglichen Amplitudenhub verstärkt. In dem Bildspeicher 22 wird durch die Rückkopplungsschleife mit der Integrationsstufe ein über mehrere Fernsehbilder gemitteltes Leerbild eingespeichert. Nach erfolgter Injizierung des Kontrastmittels werden in dem Bildspeicher 24 durch die Rückkopplungsschleife der Integrationsstufe 23 mehrere Bilder überlagert, die einem rauschfreien Füllungsbild entsprechen. In der zweiten Differenzstufe 25 werden nunmehr das Füllungsbild und das Leerbild subtrahiert. Das angiographische Subtraktionsbild wird auf dem Monitor 8 dargestellt.

Durch diese Subtraktionstechnik wird die entscheidende Nutzinformation, der hochfrequente Anteil des Videosignales, auf einen relativ kleinen Amplitudenhub komprimiert und anschließend auf die volle Amplitudentiefe

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des A/D-Wandlers gespreizt. Dadurch erhöht sich die Auflösung Jder Subtraktionsbilder, wodurch der Störabstand verbessert wird.

2 Figuren

3 Patentansprüche

Claims

- β - VPA 81 P 5118 DE Patentansprüche

1/ Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Bildverstärker-Fernsehkette, mit einer Subtraktionsvorrichtung (7), die wenigstens einen Bildspeicher (22, 24) und eine Differenzstufe (25) zur Erstellung von Subtraktionsbildern durch Differenzbildung aus den gespeicherten Videosignalen und zeitlich verschobenen Videosignalen aufweist, und mit einem Monitor. (8), d a durch gekennzeichnet, daß der Subtraktionsvorrichtung (7) eine Schaltung (6) mit
Hochpaßcharakteristik 'zur zweidimensionalen Ortsfrequenzfilterung vorgeschaltet ist..
2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der Hochpaßcharakteristik eine Tiefpaßschaltung (11 bis 17) vorhanden ist, deren tieffrequent es Ausgangssignal in einer weiteren Differenzstufe (18) von dem Eingangssignal subtrahiert wird.
3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßschaltung (11 bis 17) einen weiteren BiIdspeicher (13) enthält, in dem die Bildpunktinformationen mehrerer Fernsehbilder überlagert werden.