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Verfahren zur Erzeugung von Röntgenschichtbildern
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines aus mehreren
Projektionen aufgenommenen Röntgenschichtbildes durch Uberlagerung von aus verschiedenen
Positionen aufgenommenen Einzelbildern. Ein derartiges Verfahren dient z. B. zur
Erstellung von Körperschichtbildern in Richtung der Längsachse eines Patienten.
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In der DE-OS 27 12 320 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens beschriee ben, bei der durch eine synchrone Bewegung der Röntgenstrahlung
und des Bildes des als Röntgenbildverstärker ausgebildeten Bildempfängers eine Körperschicht
scharf abgebildet wird, während alle anderen, nicht in dieser Schicht liegenden
Körperteile durch Unschärfe unterdrückt werden. Die Bewegung des Bildes erfolgt
durch an dem Röntgenbildverstärker angebrachte Ablenkspulen, die eine Ablenkung
des Elektronenbildes bewirken. Die gewünschte Körperschicht kann durch Veränderung
der Ablenkung des Elektronenbildes im Röntgenbildverstärker ausgewählt werden, Die
Lage der Schicht ist durch die Abstände Röntgenröhre - Körperschicht und Körperschicht
- Bildempfänger und durch die Amplitude der an die Ablenkspulen angelegten Spannungen
festgelegt. Nach erfolgter Aufnahme eines Körperschichtbildes lassen sich nachträglich
keine weiteren Schichten darstellen. Um mehrere Aufnahmen von Schichtebenen zu erhalten,
müssen mehrere Körperschichtbilder flach#i##nder durch Uberlagerung sufgenommen
werden0 Auch ist die Anbringung von Ablenkspulen an dem Röntgenbildverstärker problematisch.
Weiterhin können Verzerrungen des
elektronischen Strahlenganges
des Röntgenbildverstärkers durch die magnetische Beeinflussung auftreten.
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Um nach erfolgter Bestrahlung des Patienten ohne zusätzliche Strahlungsbelastungen
Körperschichtaufnahmen aus unterschiedlichen Schichtebenen erhalten zu können, wird
in der DE-PS 17 64 414 vorgeschlagen, die einzelnen, aus verschiedenen Projektionen
erstellten Aufnahmen in einen Bildspeicher für mehrere Bilder einzulesen und nachträglich
eine Verschiebung entsprechend der gewünschten Körperschichtebene auf elektronische
Weise zu erreichen. Bei Uberlagerung der verschobenen Aufnahmen in einem weiteren
Speicher wird so ein Schichtbild erhalten. Hierbei werden ebenfalls Röntgenröhre
und Bildfeld des Röntgenbildverstärkers synchron gegenläufig bewegt. Uber einen
Geber werden Signale entsprechend der Position der Röntgenröhre in dem Bildspeicher
gespeichert. Durch eine Steuervorrichtung wird dieses Positionssignal bei der Wiedergabe
aus dem Bildspeicher verändert und auf einem Monitor mit einer Verschiebung entsprechend
diesem Positionssignal wiedergegeben, dessen Ausgangsbild von einer fotografischen
Kamera aufgenommen wird, so daß ein Uberlagerungsbild als Körperschichtbild entsteht.
Als nachteilig zeigte sich hierbei, daß zum einen eine mechanische oder elektrische
Ablenkung des Bildes des Röntgenbildverstäkers erforderlich ist. Weiterhin muß der
Bildspeicher für die Speicherung mehrerer Bilder ausgelegt sein. Die Bewegung des
Bildfeldes des Röntgenbildverstärkers muß exakt synchron mit der der Röntgenröhre
sein. Die Strahlenbelastung des Patienten ist zwar gering, aber die Aufnahmedauer,
bis eine vollständige Szene eingespeichert ist, ist noch vergleichsweise hoch.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem jede Schichtebene nach erfolgter Aufnahme eines
Uberlagerungsbildes erreichbar ist, bei dem die Strahlenbelastung des Patienten
nur gering ist und bei dessen Durchführung das Bildfeld des Bildempfängers nicht
bewegt zu werden braucht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Aufnahme und Einspeicherung
in einem elektronischen Bildspeicher eines aus mehreren Projektionen erstellten
Sbera lagerungsbildes bei ortsfestem Bildfeld, durch mehrfaches Auslesen des gespeicherten
Bildes mit wählbaren Lageverschiebungen zwischen dem Uberlagerungsbild und den ausgelesenen
Bildern in x- und/oder y-Richtung entsprechend der Lage und Anordnung der Projektionen,
und durch Uberlagerung der einzelnen verschobenen und ausgelesenen Bilder zu einem
Röntgenschichtbild gelöst.
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Durch dieses Verfahren wird zuerst ein Uberlagerungsbild erzeugt,
das ohne Bewegung des Bildfeldes aufgenommen wird, und anschließend werden durch
Verschiebung dieses Uberlagerungsbildes Körperschichtaufnahmen verschiedener Schichtebenen
erstellt' Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Positionen der Projektionen
und der Lageverschiebungen in x- und y-Richtung einer Kreisgleichung entsprechen.
Gute Aufnanmeeigenschaften können erreicht werden, wenn die Lageverschiebung entsprechend
der Anzahl der einzelnen Projektionen erfolgt. Das Verfahren läßt sich durch die
im Patentanspruch 4 genannten Merkmale vorteilhaft durchführen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung
nach der Erfindung, Fig. 2 den Verlauf von Röntgenstrahlen zweier Röntgenstrahlenquellen
bei drei, die Röntgenstrahlen schwächenden Scheiben, Fig. 3 ein aufgenommenes und
in den ersten Bildspeicher eingelesenes Videosignal, das durch die Anordnung in
Figur 2 erhalten wurde, Fig. 4 und 5 gemäß der Erfindung verschobene Videosignale,
und Fig. 6 in dem zweiten Bildspeicher überlagerte Videosignale.
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In der Figur 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung gemäß der Erfindung
mit einer Röntgenröhre 1 dargestellt, die eine kreisringförmige Anordnung von gittergesteuerten
Kathoden aufweist, die um eine Drehanode angeordnet sind. Eine derartige Röntgenröhre
ist in der DE-OS 31 13 368 beschrieben. Der Hochspannungsgenerator für die Röntgenröhre
1 ist nicht dargestellt.
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Die Röntgenröhre 1 erzeugt Röntgenstrahlenbündel, die einen auf einer
Patientenliege 2 befindlichen Patienten durchdringen und auf den Eingangsleuchtschirm
eines Röntgenbildverstärkers 3 Strahlenbilder werfen. Das Ausgangsbild des Röntgenbildverstärkers
3 wird durch eine Fernsehkamera 4 aufgenommen, die an einem Analog/ Digital-Wandler
(A/D-Wandler 5) angeschlossen ist. Das digitale Ausgangssignal des A/D-Wandlers
5 ist einem Bildspeicher 6 zugeführt, der mit einer Integrationsstufe 7 verbunden
ist, an die ein zweiter Bildspeicher 8
angeschlossen ist. Der Ausgang
des zweiten Bildspeichers 8 ist auf die Integrationsstufe 7 zurückgeführt.
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Das Ausgangssignal des Bildspeichers 8 wird in einem Digital/Analog-Wandler
(D/A-Wandler 9) in ein analoges Signal umgesetzt, das auf einem Monitor 10 wiedergegeben
wird.
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Ein Steuergenerator 11, der durch die Vertikalimpulse V der Fernsehanlage
synchronisiert wird, ist über eine Steuervorrichtung 12 an der Röntgenröhre 1 angeschlossen
und bewirkt die schrittweise Einschaltung der Gitter der Röntgenröhre 1. Anstelle
der Röntgenröhre 1 können auch mehrere einzelne Röntgenröhren vorgesehen sein, die
kreisförmig oder linear angeordnet sein können Weiterhin ist an dem Steuergenerator
11 eine Verschiebungsvorrichtung 13 angeschlossen, die mit den Adresseneingängen
der Bildspeicher 6 und 8 verbunden ist und eine Verschiebung des Ausgangssignales
des Bildspeichers 6 in Abhängigkeit von der Stellung eines Einstellers 14, der als
Potentiometer ausgeführt sein kann, bewirkt.
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Durch diesen Einsteller 14 werden die maximale Verschiebung und dadurch
die Höhe der betrachteten Körperschicht ausgewählt.
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Durch das schrittweise Einschalten der Kathoden der Röntgenröhre 1
werden Röntgenstrahlenbündel aus verschiedenen Positionen ausgesendet, die Aufnahmen
des Patienten aus mehreren Projektionen bewirken Auf dem Target der Fernsehkamera
4 werden diese Aufnahmen von verschiedenen Projektionen überlagert. Nach erfolgter
Aufnahme des Uberlagerungsbildes wird dieses ausgelesen und in dem Bildspeicher
6 abgespeichert. Anschliessend wird der Inhalt des Bildspeichers 6 entsprechend
der Lage der Projektionen und abhängig von der durch den Einsteller 14 ausgewählten
Amplitude in x- und
y-Richtung verschoben ausgelesen, indem die
dem Bildspeicher 6 zugeführten Adressen gegenüber den dem Bildspeicher 10 zugeführten
entsprechend dem gewünschten Grad der Verschiebung verändert werden. Die Berechnung
erfolgt bei Verwendung der Röntgenröhre nach der DE-OS 31 13 368 nach einer Kreisgleichung.
Uber einen Integrator 7 werden die einzelnen verschobenen Bilder in dem Bildspeicher
8 überlagert und auf dem Monitor 10 wiedergegeben.
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Anhand der Figuren 2 bis 6 wird der Speicherungs- und Verschiebungsvorgang
näher erläutert. In der Figur 2 sind zwei Röntgenstrahlenquellen 15 und 16 schematisch
dargestellt, die einen Teil der in Figur 1 dargestellten Röntgenröhre 1 bilden.
In dem Strahlengang der Röntgenstrahlenquellen 15 und 16 sind drei, die Röntgenstrahlen
schwächende Scheiben 17 bis 19 angeordnet, wobei die Scheiben 18 und 19 in einer
Ebene liegen. Von den Röntgenstrahlen sind nur die seitlichen an die Scheiben 17
bis 19 grenzenden Röntgenstrahlen dargestellt. Die Röntgenstrahlen fallen auf einen
ebenfalls schematisch dargestellten Eingangsleuchtschirm 20 des Röntgenbildverstärkers
3, der der Einfachheit halber eben dargestellt wurde. Die Abbildungen der Scheiben
17 bis 19 werden von der Fernsehkamera 4 aufgenommen und in den Bildspeicher 6 eingelesen.
Dieses gespeicherte Videosignal ist in Figur 3 dargestellt. Beim Auslesen dieses
Videosignales wird dieses gegenüber dem ursprünglichen verschoben. Die verschobenen
Videosignale sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Der Grad der Verschiebung
hängt von den Abmessungen der Röntgendiagnostikeinrichtung und der gewünschten Schichtebene
ab. In diesem Beispiel wurde die Verschiebung so gewählt, daß die Schicht mit den
Scheiben 18 und 19 scharf dargestellt wird. Die Videosignale der
Abbildungen
der Scheibe 18 sind mit 21a und 21b und die Videosignale der Abbildungen der Scheibe
19 mit 22a und 22b bezeichnet.
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In der Figur 6 ist das durch Summation der Videosignale von den Figuren
4 und 5 überlagerte Videosignal dargestellt, das in den zweiten Bildspeicher 8 eingelesen
wird. Hierbei bilden das Videosignal 21a der Figur 4 und das Videosignal 21b der
Figur 5 das Vi deosignal 23. Ebenfalls wurde das Videosignal 24 durch Addition des
Videosignales 22a der Figur 4 und des Videosignales 22b der Figur 5 gebildet Es
ist also schon aufgrund von nur zwei Projektionen ersichtlich, daß sich die zu einer
Schichtebene gehörenden Details additiv überlagern, während die nicht zu einer Schichtebene
gehörenden Details in bekannter Weise verwischt werden. Die unterschiedliche Breite
der Videosignale 21a und 21b, die das stufenförmige Aussehen der Vldeow signale
23 und 24 bewirken, sind auf die Verwendung von Scheiben zurückzuführens die in
Abhängigkeit von dem Betrachtungswinkel eine mit einer Cosinusfunktion multiplizierte
Größe aufweisen Werden anstelle der Scheiben beispielsweise Kugeln verwendet, so
wäre ei ne unterschiedliche Breite der Videosignale nur aus den unterschiedlichen
Vergrößerungsverhältnissen bei weiter seitlich angeordneten Details gegeben Durch
diese nachträgliche Verschiebung können Körperschichtbilder verschiedener Schichtebenen
dargestellt und beispielsweise durch eine Hardcopyeinrichtung dauerhaft gespeichert
werden. Der Patient wird also nur einmal aus jeder Position belichtet, so daß seine
Stroh lenbelastung so gering wie möglich gehalten wird In Ruhe kann die gewünschte
Körperschichtebene, die die beste Darstellung liefert, ausgesucht werden 5 Patentansprüche
6 Figuren