DE3426932A1

DE3426932A1 - Anordnung und verfahren zum umsetzen von strahlungsintensitaet in pixelwerte

Info

Publication number: DE3426932A1
Application number: DE19843426932
Authority: DE
Inventors: Paul Petach Tikvah Fenster; Zvi Haifa Netter; Yair Jerusalem Shimon
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1984-07-21
Publication date: 1985-05-09
Also published as: NL192910C; JPS60111638A; FR2551606B1; FR2551606A1; IL69326A0; NL192910B; IL69326A; JPH0736614B2; US4595949A; NL8402345A

Description

Anordnung und Verfahren zum Umsetzen von Strahlungsintensität in Pixelwerte

Die Erfindung betrifft diagnostische Abbildungsanordnungen und insbes. Anordnungen zur digitalen Fluorographie (Fluoreszenzaufnahme) sowie Verfahren zum selbsttätigen optimalen Verändern von Parametern, die zur Änderung angezeigter Strahlungsintensitäten in Pixelu/erte (Bildwerte) verwendet werden.

Bei diagnostischen Abbildungsanordnungen ist es erwünscht, das Auflösungsvermögen, das Signal-Geräusch-Verhältnis und den relativen Intensitätskontrast zwischen unterschiedlichen Materialien, die von der Strahlung durchsetzt werden, z.B. Knochen, Weichgewebe, Kontrastmaterial, Gas usw. zu maximieren. Wissenschaftler auf diesem Gebiet versuchen fortlaufend das Auflösungsvermögen zu verbessern, die Geräusche zu vermindern und den Kontrastr'zu erhöhen, um die Qualität der erhaltenen Bilder zu verbessern.

Bei der digitalen Fluoreszenzaufnahme lernt die Person, die die Studie durchführt, im allgemeinen durch Erfahrung, wo die verschiedenen Steuerungen an der Anordnung einzustellen sind. Wenn beispielsweise die den Versuch durchführende Person einen Gegenstand abbilden will, der kleine Änderungen bei relativer Lichtundurchlassigkeit hat, wird der Spannungsausgang der Röntgenspeisequelle auf einen hohen Wert eingestellt, damit der gewünschte Photonenenergiepegel erreicht wird. Im allgemeinen stehen dem Kliniker andere Steuerungen zur Verfügung. Beispielsweise kann der Strom der Röntgenröhre geändert werden, wenn die Energiespeisequelle kontinuierlich Energie erzeugt. Wird die Energie in Impulsform zugeführt, läßt sich die Länge des Impulses oder die Anzahl von Impulsen, die pro Bild verwendet werden, verändern. Auch wird die Anzahl von optischen Photonen dadurch gesteuert, daß die Verschluß-oder Blendenöffnung im optischen System verändert wird. Andere Funktionen digitaler Fluoreszenzaufnahmesignale werden durch Analog-Digital-Umwandlerschaltungen gesteuert - hierzu wird z.B. auf die Patentanmeldung P 33 42 076.9 der Anmelderin verwiesen.

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Ein Problem bei diesen Abbildungssystemen besteht darin, daß eine Änderung eines der Parameter einen Einfluß auf mindestens bestimmte der anderen Parameter ausübt. Wenn somit ein Parameter auf einen gewünschten Wert eingestellt wird, wird die Verstellung eines anderen Parameters den ersteingestellten Parameter ändern.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung und ein Verfahren zu schaffen, um wenigstens bestimmte der Parameter selbsttätig zu verstellen, die erforderlich sind, um Bilder hoher Qualität zu erzielen.

Gemäß der Erfindung wird deshalb eine digitale Fluoreszenzaufnahmeanordnung, bei der mindestens bestimmte einstellbare Parameter selbsttätig so eingestellt werden, daß Bilder hoher Auflösung bei minimalem Geräusch und optimalem Kontrast erzielt werden, vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch eine Quelle durchdringender Strahlung, eine Detektorvorrichtung zum Anzeigen von Strahlung, die aus der Speisequelle austritt, und zum Umwandeln der Intensität (Gesamtenergie der auf eine Flächeneinheit auftreffenden Photonen) der angezeigten Strahlung als Funktion des Ortes in Ausgangssignale, die ein Verhältnis von 1:1 zu der angezeigten Strahlungsintensität haben,

eine Vorrichtung zur Bestimmung der maximalen und minimalen angezeigten Intensitäten, und

eine Vorrichtung zur Verwendung der vorbestimmten maximalen und minimalen angezeigten Intensitäten zur Einstellung der Parameter .

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Verhältnis von 1:1 wird hierbei im mathematischen Sinn so verstanden, daß für jeden Intensitätswert ein einziger Ausgangssignalwert und für jeden Ausgangssignalwert ein einziger Intensitätswert vorhanden ist. Derartige Funktionen werden auch als "1:1 bewertete"("single-single valued") Funktionen bezeichnet. Die Verwendung einer 1:1 Beziehung ermöglicht den Austausch der Ausdrücke von Intensitäten und Ausgangssignalwerten.

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Nach der Erfindung wird die Anordnung zuerst geeicht, damit bestimmte Parameter eingestellt werden; dann u/erden die gleichen Parameter der Anordnung eingestellt, um einen Ausgang zu erzielen, der eine Funktion des maximalen und des minimalen Ausgangs ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zum selbsttätigen Einstellen bestimmter Parameter bei digitalen Fluoreszenzaufnahmeanordnungen, und

Fig. 2 eine graphische Darstellung einer typischen Kurve eines Ausgangssignales aufgetragen über dem Zeitansprechen einer digitalen Fluoreszenzaufnahmeanordnung am Ausgang einer Videokamera.

Die digitale Fluoreszenzaufnahmeanordnung 11 nach Fig. 1 weist eine Strahlungsquelle, z.B. eine Röntgenröhre 12 auf. Die Röntgenröhre 12 wird durch eine Energiespeisequelle 13 erregt, die entweder in einem kontinuierlichen oder einem Impuls-Betrieb arbeitet.

Der Ausgang der Energiespeisequelle 13 ist über den Schalter SWl mit einer Spannungssteuervorrichtung 14 gekoppelt. Diese Spannungssteuervorrichtung ist zwischen Schalter SWl und Erde gelegt. Eine Stromsteuervorrichtung 16 ist in Serie zwischen den Schalter SWl und den Eingang in die Röntgenröhre 12 eingeschaltet. Spannung und Strom werden getrennt voneinander durch die Steuervorrichtungen 14 und 16 gesteuert. Hierzu können an sich bekannte Strom- und Spannungssteuerungen verwendet werden.

Der Strahlungsausgang der Röntgenröhre 12 wird durch ein Objekt, z.B. einen Patienten 17 oder einen einen Patienten simulierenden Körper, gerichtet, in welchem ein Teil der Strahlung absorbiert

wird. Die durch Absorption geschwächte Strahlung wird in Licht umgewandelt und mit Hilfe z.B. einer Verstärkerröhre 18 verstärkt. Die Stirnseite der Röhre 18 ist in Pixel (Bildelemente) unterteilt, so daß die Lichtänderungen speziell auf der Stirnseite der Röhre lokalisiert sind. Die Lichtänderungen werden durch das optische System, das eine Linsenanordnung 19 und eine Blendenanordnung 21 aufweist, auf eine Videokamera 22 übertragen .

Der Ausgang der Videokamera 22 ist ein Videosignal, das eine Verstärker-Pixellageinformation besitzt. Das Videosignal ist mit einem Analog-Digital-Umwandler 23 verbunden, der die Videosignale der Kamera in digitale Signale umwandelt und verarbeitet. Insbesondere werden die digitalen Signale in eine Matrixanordnung eingeführt, die durch die Matrix 24 dargestellt ist. Jeder Koordinatenplatz der Matrix entspricht einem Pixelplatz auf dem Bildverstärker. Der Wert des digitalen Signales der Matrixstelle ist eine Funktion der Intensität der Strahlung, die auf die Detektoroberfläche in der entsprechenden Stelle aufgetroffen ist.

Digitale Fluoreszenzaufnahmeanordnungen, wie sie dem heutigen Stand entsprechen, verwenden Videokameras mit einem Signal-Geräusch-Verhältnis von 1000 : 1. Diese Kameras haben lineares Ansprechverhalten auf Lichtintensitäten für Ausgangssignale, die von 0 bis 1 Volt reichen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß es am besten ist, die Kamera so zu eichen, daß die Strahlungsintensität von 1 Milliröntgen am Bildverstärker in ein Ausgangssignal von 1 Volt umgewandelt wird. Diese Werte können sich jedoch für andere Arten von Kameras ändern, und es wird hierbei der Ausdruck "hellste Strahlung" anstelle von 1 Milliröntgen und der Ausdruck "maximale Videosignalamplitude" anstelle von 1 Volt verwendet. Das vorstehend bezeichnete lineare Ansprechen ist ein spezieller und bevorzugter Fall der weiter oben angegebenen 1:1 Beziehung.

Wenn das Signal in bezug auf die integrale Absorptionsleistung des Materials in Sichtlinie linear ist anstatt in bezug auf die Lichtintensität, variiert das Signal in Abhängigkeit von dem Gegenstand über einen Bereich von etwa 25% der maximalen

Signalamplitude, wie in Fig. 2 gezeigt. Damit ändert sich das Videosignal zwischen z.B. 600 bis 900 mV oder 750 bis 950 mV. Unter anderem bestehen ähnliche Änderungen sowohl in den niedrigeren als auch den höheren Spannungspegeln in Abhängigkeit von dem Objekt.

Das obige lineare Ansprechen ist eine Art monotoner Ansprechfunktionen. Der Vorteil der Anwendung monotoner Ansprechfunktionen besteht u.a. darin, daß die Maximum- und Minimum-Ausgangssignale für maximale und minimale Intensitäten erzielt werden. Die Vorteile einer linearen Funktion schließen eine gleichförmige Empfindlichkeit über den gesamten Bereich und Einfachheit mathematischer Transformationen ein. Deshalb werden die maximalen Werte und die minimalen Werte, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, auf einfache Weise in Intensitätswerte umgewandelt. Entsprechend verwendet die bevorzugte Ausführungsform der Erfindugn eine lineare Ansprechfunktion, obgleich die Erfindung auf solche Funktionen nicht beschränkt ist.

Mit der Erfindung werden Vorrichtungen vorgeschlkagen, die bewirken, daß der Analog-Digital-Umwandler auf den Bereich von Änderungen in den Signalen anstatt auf den gesamten Bereich von Signalen von Null bis zum maximalen Wert einwirkt. Insbesondere ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine variable Fenstersteuerung 26 vorgesehen, die so eingestellt ist, daß sie nur den sich ändernden Teil des Signales durchläßt. Das Fenster ermöglicht die Auswahl eines oberen und eines unteren Schwellwertes. Die Fenstersteuerung bewirkt eine Begrenzung des Ausgangssignales, das in Bilddaten nur bis zu den Werten umgewandelt wird, die mit dem Bereich übereinstimmt, über den sich die Intensität ändert.

Der digitale Ausgang des Wandlers 23 ist an bestimmten Koordinatenstellen in der Matrix belastet, wenn der digitale Ausgang in die Matrix 24 über x-, y- Suchvorrichtungen 27 und 28 eingespeist wird. Es werden Gruppen von Matrizen, die durch die Matrix 24 dargestellt sind, zur Speicherung verwendet, bevor die Daten mit Hilfe der Vorrichtung 32 weiterverarbeitet werden, die

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auf die Daten in bei digitalen Fluoreszenzaufnahmeanordnungen üblicher Weise einwirkt, um die Daten zur Sichtanzeige als Bilder auf einer Vorrichtung 35 vorzubereiten.

Die Anordnung 11 ist so dargestellt, daß sie durch eine Prozessoranordnung 37 gesteuert wird. Der Prozessor kann die Spannungsamplitude des Impulses im Impulsbetrieb oder die Spannungsamplitude der Energieeinspeisung im kontinuierlichen Betrieb steuern. Er kann ferner den Röntgenröhrenstrom einschließlich der Impulslänge im Impulsbetrieb steuern. Die Blende oder der Verschluß 21 wird durch den Prozessor 37 über die Steueranordnung 42 gesteuert. Eine Fenstersteuerung 26, die den Betrieb des Umwandlers 23 steuert, wird ebenfalls durch den Prozessor 37 gesteuert.

Im Betrieb steuert die Anordnung mindestens die folgenden Parameter, die Funktionen der maximalen und minimalen Intensitäten auf der Bildverstärkeroberfläche sind:

a) Photonenenergie: Die Röntgenröhrenspannung bestimmt die maximale Photonenenergie. Änderungen in der Photonenenergie ändern den relativen Intensitätskontrast zwischen unterschiedlichen Materialien, die von den Röntgenstrahlen durchlaufen werden, weil unterschiedliche Materialien unterschiedliche Absorptionsspektren haben. In der Technik der Gefäßdarstellung wird die mittlere Photonenenergie zu Beginn der Prüfung so eingestellt, daß sie etwas höher ist als die K-Absorptionskante von Jod. Erfahrene Benutzer stellen üblicherweise die Röntgenröhrenspannung auf einen Wert von etwa zwischen 60 und 100 kV ein, abhängig von der Dicke des abzubildenden Objektes.

b) Anzahl von Photonen: Wird die Röntgenröhrenspannung konstant gehalten, bestimmt die Ladung, die die Röntgenröhre passiert (üblicherweise gemessen in Milliampere-Sekunden), die Anzahl von Photonen. Dieser Parameter beeinflußt das Quantengeräusch und die Patientendosierung. Wenn der Wert zu hoch ist, ist die Dosis zu hoch, jedoch das Quantengeräusch niedrig. Ist der Wert niedrig, wird die Dosierung verringert, jedoch das Geräusch erhöht.

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Im Idealfall wird der Wert so eingestellt, daß das Quantengeräusch das und nur das Bit niedrigster Bedeutung beeinflußt. Dies dient dazu, die Patientendosierung zu begrenzen und das Quantengeräusch als die größere Geräuschkomponente zu halten.

Bei "kontinuierlichen" Anordnungen wird die die Röntgenstrahlröhre passierende Ladung durch den Röhrenstrom gesteuert, während bei "gepulsten" Anordnungen die Ladung durch die Impulsbreite, den Röhrenstrom und die Anzahl von Wiederholungen gesteuert wird. Bei diesen Anordnungen wird der Strom üblicherweise auf ein Maximum eingestellt, damit ein Betrieb mit der kürzesten Impulsbreite und der niedrigsten Impulswiederholzahl möglich ist. Bei den meisten Anwendungsfällen wird ein Impuls pro Bild bevorzugt. Der hier verwendete Ausdruck "Strombestimmungen" soll alle Möglichkeiten abdecken. Die Anzahl von Photonen multipliziert mit der mittleren Photonenenergie ist gleich der Energieabgabe der Quelle und ist proportional der die Röntgenröhre passierenden Ladung.

c) Anzahl von optischen Photonen pro von der Kamera angezeigtem Röntgenstrahlquantum: Dieser Parameter beeinflußt das maximale Videosignal (den Pegel des Videosignals bei der hellsten Strahlung, d.h. der höchsten, zur Verfügung stehenden Intensität). Bei der dargestellten Anordnung wird er durch die Blende 21 gesteuert. Die Anzahl von Photonen, die auf die TV-Kamera treffen, soll so bemessen sein, daß der hellste interessierende Punkt auf dem Schirm an der TV-Kamera 1 V ergibt. Obgleich die Anzahl von optischen Photonen erhöht wird, bleibt dann das Signal-Geräusch-Verhältnis, das durch die Röntgenstrahlphotonen verursacht wird, unverändert. Das gesamte Signal-Geräusch-Verhältnis (Rauschabstand) wird jedoch verbessert, da das Rauschen der TV-Kamera über den Bereich der verwendeten Signale praktisch konstant ist.

Für einen bestimmten Dosierungsbedarf (d.h. Röntgenstrahl-Photonengeräuschbedarf) ist die optimale Irisposition die, die die hellste interessierende Stelle zur Erzielung eines IV Videosignales ergibt.

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Die Anzahl von optischen Photonen pro Röntgenstrahlquantum soll nur in zwei Fällen geändert werden (z.B. durch Änderung der Blende) :

1. Der Röntgenstrahlgenerator hat seine Leistungsabgabegrenze erreicht, oder

2. die Leistungsabgabe des Röntgenstrahlgenerators kann nur in großen Stufen (z.B. mit einem Faktor von 2) geändert werden, und es ist eine kleinere Änderung erwünscht (20So oder ein Viertel eines Verschlußstops).

d) und e): Die beiden Schwellwerte, d.h. der obere und der untere Schwellwert des Analog-Digital-Umwandlers 23 werden so eingestellt, daß die maximale Spannung auf den höchsten digitalen Ausgang und die niedrigste Spannung im Bereich sich ändernder Spannungen auf einen vorbestimmten digitalen Ausgang umgesetzt wird - üblicherweise gerade hoch genug, um sicherzustellen, daß alle möglichen Signale auf positive digitale Werte umgesetzt werden.

Es gibt Analog-Digital-Umwandler, bei denen der obere Schwellwert und der Verstärkungsgrad eingestellt werden können - d.h. der Bereich von Spannungen, der in den vollen digitalen Bereich umgewandelt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bringt somit die Einstellung der Schwellwertparameter als Funktion des Bereiches sich ändernder Spannungen das digital dargestellte Rauschen auf ein Minimum und die Anzahl von Pegeln nutzbarer Information im Bild auf ein Maximum.

Alle obigen Parameter mit Ausnahme des Parameters für die Photonenenergie (Röntgenröhrenspannung) werden durch die Anordnung nach der Erfindung selbsttätig eingestellt.

Der Vorgang nach der Erfindung umfaßt deshalb:

I. Die Signalpegeloptimierung, und

II. eine weitere Analog-Digital-Umwandler-Einstellung.

Der Schritt der Signalpegeloptimierung soll mindestens jedes Mal dann vorgenommen «/erden, wenn die Anordnung angeschaltet wird, und vorzugsweise vor jeder Untersuchung bzw. Messung.

Mit einer Analog-Digital-Umwandler-Einstellung (ADU), die die
maximale Videosignalamplitude auf einen festen, digitalen
Ausgangswert (z.B. 128) einstellt, ist eine Probeaufnahme mit
einem Patienten oder einem einen Patienten darstellenden Phantom erforderlich, und der mittlere Wert über einen Teil des Bereiches "hellster Strahlung" im Bild wird mit dem obigen festen
Wert verglichen. Die Probeaufnahme wird mit Zoom-Linsen,
Bildverstärker und einer für den beabsichtigten Versuch ausgewählten Spannung erreicht.

Die Resultate des Vergleiches werden selbsttätig durch den
zentralen Prozessor umgewandelt und ergeben eine neue Stromoder Impulslänge oder aber Impulszahleinstellungen (abhängig von dem Röntgenstrahlgenerator) und erforderlichenfalls (ebenfalls selbsttätig) eine neue Blendeneinstellung, um sicherzustellen, daß der hellste Strahlungsteil des Bildes einer maximalen
Videosignalamplitude entspricht. Die neue Blendeneinstellung
kann selbsttätig vorgenommen werden. Die Probeaufnahme kann
wiederholt werden, falls es erwünscht ist, nochmals zu prüfen, daß der Mittelwert des Bereiches hellster Strahlung tatsächlich der feste Wert ist.

Die ADU-Einstellung erfolgt so, daß Spannung, Strom, Blende und Impulslänge alle auf die Werte eingestellt werden, die mit dem Signalpegeloptimierungsschritt erhalten werden, oder auf einen sonstigen für die Art der Untersuchung bzw. Messung brauchbaren Wert.

Eine Probeaufnahme wird bei dem Patienten in der gewünschten
Form genommen und der Analog-Digital-Umwandler (ADU) auf einen möglichst weiten Bereich (d.h. mit möglichst geringer Verstärkung) eingestellt. Im Bild wird ein interessierender Bereich
ausgewählt. Es wird angenommen, daß dieser interessierende
Bereich den gesamten Bereich von Intensitäten enthält, wobei die höchste Intensität während der eigentlichen Prüfung nicht
geändert wird. Damit kann der obere Schwellwert selbsttätig so

eingestellt werden, daß der Eingang höchster Intensität in den ADU den höchsten digitalen Ausgang des ADU ergibt. Die tatsächlichen Beziehungen zwischen Eingangsvideospannungen und Ausgangsdigitalwerten hängen von dem tatsächlich benutzten ADU ab, sind jedoch für ADUs digitaler Fluoreszenzaufnahmequalität linear.

Der Verstärkungsfaktor soll jedoch nicht so eingestellt werden, daß er dem tatsächlichen Bereich von gemessenen Intensitäten angepaßt ist, da die Injektion von Kontrastmaterial die minimale Intensität reduziert. Es wird deshalb ein vorbestimmter fester Bereich dem tatsächlich gemessenen Bereich von Intensitäten hinzuaddiert, indem der niedrigste ADU-Schwellwert auf eine Spannung eingestellt wird, die so bemessen ist, daß für die tatsächlich gemessene minimale Intensität der ADU einen digitalen Ausgang mit einem festen Wert ergibt, der etwa um den Betrag größer als Null ist, um den das Kontrastmaterial die Intensität reduziert. Der Bereich wird in eine Einstellung des Verstärkungsfaktors umgesetzt, und zwar wieder mit einer linearen Gleichung, die von dem tatsächlich verwendeten ADU abhängt, wie auch anderen Verstärkungsfaktoren in der benutzten Anordnung. Die Gleichungen zur Berechnung der ADU-Einstellungen hängen auch von der Blendeneinstellung ab. Der feste positive digitale Wert (oder der addierte Bereich) hängt von dem angewendeten klinischen Vorgang ab (z.B. der Menge an in den Patienten injiziertem Jod) und kann entsprechend geändert werden. Beispielsweise werden für interarterielle Injektionen Werte um 60 empfohlen, während für intravenöse Injektionen niedrigere Werte akzeptabel sind. Der Benutzer kann hier ebenfalls die Probeaufnahme wiederholen, damit er sicher ist, daß der Vorgang einwandfrei ist.

Ein synergistischer Vorteil der Anordnung und des Verfahrens nach vorliegender Erfindung besteht darin, daß das Fenster des ADU auf einfache Weise so eingestellt ist, daß es dem Bereich zwischen den tatsächlichen maximalen und minimalen Intensitätswerten angepaßt ist, anstatt daß der Intensitätsbereich zwischen Null und dem maximalen Wert bedient werden muß, wie dies beim

Stande der Technik der Fall ist. Dieses einstellbare Fenster ermöglicht u.a. eine wirksamere Verwendung des ADU und der Speicher.

Im Betrieb wird die digitale Fluoreszenzaufnahmeanordnung mit einem Patienten oder einem Phantom geeicht, der einen Bereich von Strahlungsabsorptionen ergibt, die sich von (und einschließlich) der maximalen bis zur minimalen Undurchlässigkeit eines repräsentativen Patienten erstrecken. Beispielsweise kann ein Keilstufenphantom (step wedge phantom) verwendet werden, um den Signalpegeloptimierungs-Schritt durchzuführen. Die Quellenspannung wird für jede bestimmte Untersuchung eingestellt. Bei der Gefäßdarstellung wird die Spannung so eingestellt, daß die mittlere Photonenenergie höher ist als die K-Absorptionskante von Jod. Die Röhrenspannung wird auf etwa 60 kV für dünne Objekte, z.B. eine Hand, und auf etwa 100 kV für dicke Objekte, z.B. den Unterleib eines beleibten Patienten eingestellt. Eine ADU-Einstellung, die das maximale Videosignal auf einen festen Wert, z.B. 128, umsetzt, wird verwendet, um ein Testbild zu erzielen.

Während der Probeaufnahme wird die angezeigte Strahlung in elektrische Signale umgewandelt, die eine Lageinformation enthalten (analoge Videosignale). Die Lage entspricht der Stelle, an der die Strahlung auf den Detektor auftrifft. Die analogen Signale werden in digitale Signale umgewandelt und in Matrixstellen eingeführt, die den Detektorstellen der jeweiligen Signale entsprechen, und können somit als ein Bild - das Testbild - zur Anzeige gebracht werden.

Der Mittelwert des Bereiches "hellster Strahlung" wird erhalten und mit dem festen Wert verglichen. Das Verhältnis der beiden Werte dient dazu, die neue Einstellung für die Stromamplitude oder Impulslänge oder Impulszahlen einzustellen, und erforderlichenfalls die Verschluß- oder Blendeneinstellung vorzunehmen.

Die ADU-Einstellungen werden auf die korrekten Werte eingestellt, damit sie jedem Patienten angepaßt sind. Die Einstellungen variieren in Abhängigkeit von dem Gewicht (und der Dichte) des Patienten. Es wird ein Testbild gefertigt, wobei der ADU zu

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Beginn mit seinem oberen Schwellwert auf seinen maximalen Wert eingestellt wird, damit möglichst hohe Videosignale und ein möglichst geringer Verstärkungsfaktor erzielt werden, so daß ein möglichst weiter Bereich von Intensitäten erzielt wird. Für die Probeaufnahme wird kein Kontrastmaterial injiziert. Die Quelle wird mit den Einstellungen, wie sie bei den Eichvorgängen festgelegt werden, erregt, oder aber mit auf Erfahrungswerten beruhenden Einstellungen, jedoch stets mit den gleichen Einstellungen, wie sie während der beabsichtigten Untersuchung vorgenommen werden.

Es wird ein interessierender Bereich im Versuchsbild ausgewählt, von dem angenommen wird, daß er den gesamten Bereich von Intensitäten einschließt. Die maximalen und minimalen digitalen Werte im interessierenden Bereich werden festgestellt und zur Berechnung des neuen oberen Schwellwertes und des neuen Verstärkungsfaktors verwendet, derart, daß die hellste Strahlung auf annähernd den höchsten digitalen Wert und die niedrigste Intensität auf einen vorbestimmten niedrigen digitalen Wert umgesetzt wird.

Der niedrige digitale Wert wird so gewählt, daß eine Abnahme der Intensitäten erreicht wird, wenn Kontrastmaterial in den Patienten injiziert wird. Die höchste Intensität ändert sich während der Untersuchung nicht wesentlich. Die neuen ADU-Einstellungen werden selbsttätig vorgenommen. Die Einrichtung ist nunmehr für die Untersuchung bereit.

Die Lineargleichungen, die bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, sind folgende:

Neuer oberer Schwellwert = Al(Max.Wert)+Bl(Min.Wert)+Cl

Neuer Verstärkungsfaktor = A2(Max.Wert)+B2(Min.Wert)+C2

Neue Strombestimmungen* = A3(Max.Wert)+C3

Neue Blende* = A4(Max.Wert)+B4(neuer Strom)+C4

*Die neue Strombestimmungseinstellung ist nur eine Empfehlung. Die tatsächliche Einstellung eines neuen Stromes hängt von der Größe der Stufe ab, mit der der Strom geändert werden kann, und ferner davon, ob der maximale Strom erreicht worden ist.

Andererseits werden die neue Impulslänge oder Wiederholzahl geändert, vorausgesetzt, daß die maximale Länge oder Wiederholzahl nicht übermäßig groß sind. Die Konstanten A4, B4 und C4 werden in Abhängigkeit davon geändert, ob ein neuer Stromparameter verwendet wird oder nicht, und wie der neue Stromparameter aussieht. Die Konstanten Al, Bl, Cl, A2, B2, C2 können von der exakten Blendeneinstellung abhängen. Die neuen Parameter werden selbsttätig so geändert, daß dadurch die Verwendung des ADU und die Umsetzung der angezeigten Strahlung in digitale Pixelwerte in dem dargestellten Bild optimiert werden. Die volle Ausnutzung des ADU-Bereiches der Anordnung reduziert u.a. das digitale Rauschen.

Die Konstanten Al - A4, Bl - B4, Cl - C4 basieren auf den charakteristischen Eigenschaften der Bestandteile der Anordnung. Sie werden während der Installation der Anordnung gemessen und im Speicher der Anordnung gespeichert, wobei eine Änderung nur nach Änderungen, Modifikationen oder erneuten Eichungen an der Anordnung durchgeführt wird.

In vorstehender Beschreibung wurde der Ausdruck "digitale Fluoreszenzaufnahme" verwendet, die Anordnung nach vorliegender Erfindung bezieht sich jedoch auch auf ähnliche Anordnungen, z.B. die digiale Radiographie und dergl.. Des weiteren wurde vorliegende Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Erläuterung dieser Ausführungsbeispiele beschränkt. Während beispielsweise die Fenstersteuerung 26 getrennt von dem Umwandler 23 dargestellt ist, kann sie als integraler Teil des Umwandlers oder getrennt von ihm ausgebildet sein. Ferner kann das Fenster die oberen und unteren Schwellwerte oder den oberen Schwellwert und den Verstärkungsfaktor steuern.

Claims

Patentansprüche:

Diagnostisches Abbildungsverfahren zum selbsttätigen Steuern von variablen Parametern, die die Umsetzung der angezeigten Strahlungsintensität in Pixelwerte (Bildelementwerte) für Sichtanzeigebilder regeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle durchdringender Strahlung erregt wird, um die Strahlung durch ein Objekt zu Übertragen, auf einer Detektorvorrichtung die Strahlung, die durch das Objekt gegangen ist, angezeigt und die Energieintensität der Strahlung an jeder Stelle auf der Detektorvorrichtung gemessen wird,

die maximalen und die minimalen Werte der gemessenen Intensitäten bestimmt werden, und

die so bestimmten maximalen und minimalen Intensitäten zur Einstellung der variablen Parameter verwendet werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlungsanzeige an der Detektorvorrichtung die Stellen der Energieintensität angezeigt werden, die durch auf die Detektorstellen auftreffende Photonen verursacht werden, daß die Energieintensitäten in Signale umgewandelt werden, die Informationen über die Intensitäten an jeder Stelle enthalten, und daß die Signale in digitale Signale umgewandelt werden .

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale Analogsignale aufweisen, die sich in Abhängigkeit von der Zeit so ändern, daß jeder Zeitaugenblick einer bestimmten Stelle am Detektor entspricht.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Intensitäten in die Analogsignale eine Verstärkung des durch die Detektorvorrichtung gebildeten Bildes, die Erzeugung eines verstärkten Bildes auf einer Targetplatte (Auftreffplatte) und eine Abtastung der Targetplatte mit einer Videokamera, sowie die Erzeugung eines Videosignales umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Analogsignale in Digitalsignale durch einen Analog-Digital-Umwandler mit veränderlichem Schwellwert und veränderlichem Verstärkungsfaktor umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Objekt hindurchgegangene Strahlung in Lichtsignale umgewandelt wird, und daß die Lichtsignale in Analogsignale umgewandelt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter mit einschließen, daß der obere Schwellwert des Signales in ein digitales Signal umgewandelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter mit einschließen, daß die gesamte Energie der Strahlung für jedes Bild verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter mit einschließen, daß der Bereich von Intensitäten der Strahlung in positive digitale Signale umgewandelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter mit einschließen, daß der Intensitätpegel in das maximale Analogsignal umgewandelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter mit einschließen, daß der Intensitätspegel in das maximale Videosignal umgewandelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter mit einschließen, daß der obere Schwellwert des Analog-Digital-Umwandlers, der den Pegel des Videosignales steuert, in das maximale digitale Signal umgewandelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter mit einschließen, daß der Bereich von Videosignalen in den vollen Bereich von digitalen Signalen umgewandelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der maximalen und minimalen Werte das Speichern der digitalen Signale in die Matrixstellen umfaßt, wobei die Matrixstellen den Stellen auf dem Detektor entsprechen, die von den Photonen getroffen werden, und daß die Matrixstellen so abgetastet werden, daß die minimalen und maximalen Werte der gespeicherten digitalen Signale bestimmt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß vorbereitende Vorgänge vor der eigentlichen Patientenuntersuchung durchgeführt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbereitenden Vorgänge das Einstellen des Energieausganges der Quelle umfassen, um ein maximales Analogsignal zu erhalten.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbereitenden Vorgänge die Einstellung des vollständigen zur Verfügung stehenden Bereiches von digitalen Werten umfassen, um nur den Bereich zwischen den maximalen und minimalen Intensitätswerten abzudecken.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Energieausganges das Erregen der Speisequelle mit vorbestimmten Analog-Digital-Umwandler-Spannungs-Strom-Bestimmungen und die Blendengröße, das Vergleichen der resultierenden höchsten Videosignale mit den maximalen Videosignalen, und das Einstellen der Strombestimmungen und der Blendengröße in der Weise, daß das resultierende höchste Videosignal gleich dem maximalen Videosignal wird, umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die neuen Strombestimmungen unter Verwendung von linearen Gleichungen als Funktion des gemessenen höchsten digitalen Signales und des digitalen Signales, das dem maximalen Videosignal entspricht, berechnet werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die neuen Blendeneinstellungen unter Verwendung von linearen Gleichungen als Funktion des gemessenen höchsten digitalen Signales berechnet werden, wobei das digitale Signal dem maximalen Videosignal, den alten Strombestimmungen und/oder den neuen Strombestimmungen entsprechen.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung der bestimmten maximalen und minimalen Werte die Bestimmung des digitalen Bereiches, der durch die minimalen und maximalen Intensitätswerte festgelegt ist, und die Verwendung des bestimmten digitalen Bereiches umfaßt, um den Analog-Digital-Umwandler so einzustellen, daß er nur analoge Videosignale, die sich aus Intensitäten in einem erwünschten Bereich ergeben, in den vollen digitalen Bereich umwandelt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die neue Analog-Digital-Umwandler-Einstellung unter Verwendung linearer Gleichungen als Funktion der maximalen und minimalen digitalen Werte berechnet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen in den variablen Parametern unter Verwendung der maximalen und minimalen Werte dadurch gesteuert werden, daß die Parameter als lineare Funktionen der maximalen und minimalen Werte berechnet werden, und daß die Parameter auf die berechneten Werte eingestellt werden.

24. Diagnostische Abbildungsanordnung zum selbsttätigen Steuern von variablen Parametern, die die Umsetzung der angezeigten Strahlungsintensität in Pixelwerte für Sichtanzeigebilder steuern, gekennzeichnet durch

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eine Vorrichtung zum Erregen einer Speisequelle durchdringender Strahlung zur Übertragung der Strahlung durch ein Objekt,

eine Vorrichtung, mit der auf einer Anzeigevorrichtung die Strahlung angezeigt wird, die das Objekt passiert hat, und die die Energieintensität der Strahlung an jeder Stelle der Anzeigevorrichtung mißt,

eine Vorrichtung zur Bestimmung der maximalen und minimalen Werte der gemessenen Intensitäten, und eine Vorrichtung zur Verwendung der vorbestimmten maximalen und minimalen Intensitäten zur Einstellung der variablen Parameter.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aufweist:

eine Vorrichtung, die an der Anzeigevorrichtung die Stellen der Energieintensität anzeigt, die dadurch erzeugt worden sind, daß Photonen auf die Stellen der Anzeigevorrichtung auftreffen,

eine Vorrichtung zur Umwandlung der Energieintensitäten in Signale, die Informationen über die Intensitäten an jeder Stelle enthalten, und

eine Vorrichtung zur Umwandlung dieser Signale in digitale Signale.

26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale Analogsignale aufweisen, die sich mit der Zeit so ändern, daß jeder Zeitaugenblick einer einzigen Stelle auf der Anzeigevorrichtung entspricht.

27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Umwandlung der Intensitäten in die Analogsignale aufweist:

eine Vorrichtung zum Verstärken des durch die Anzeigevorrichtung erzielten Bildes,

eine Vorrichtung zur Erzeugung eines verstärkten Bildes auf einer Targetplatte, und

eine Vorrichtung zur Abtastung der Targetplatte mit einer Videokamera und zur Erzeugung eines Videosignales.

28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Umwandlung der Analogsignale in digitale Signale einen Analog-Digital-Umu/andler mit veränderlichem Schwellwert und veränderlichem Verstärkungsfaktor aufweist.

29. Anordnung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Umwandlung der Strahlung, die das Objekt passiert hat, in Lichtsignale, und zur Umwandlung der Lichtsignale in Analogsignale.

30. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter den oberen Schwellwert des Signales einschließen, das in ein digitales Signal umgewandelt wird.

31. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter die gesamte Strahlungsenergie, die für jedes Bild verwendet wird, einschließen.

32. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter den Bereich von Intensitäten der Strahlung, die in positive digitale Signale umgewandelt wird, einschließen.

33. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter den Intensitätspegel mit einschließen, der in das maximale Analogsignal umgewandelt wird.

34. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter den Intensitätspegel einschließen, der in das maximale Videosignal umgewandelt wird.

35. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter den oberen Schwellwert des Analog-Digital-Umwandlers einschließen, der den Pegel des Videosignales steuert, das in das maximale digitale Signal umgewandelt wird.

36. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Parameter den Bereich von Videosignalen einschließen, die in den vollen Bereich von digitalen Signalen umgewandelt werden.

37. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der maximalen und minimalen Werte der gemessenen Intensitäten aufweist: eine Vorrichtung zur Speicherung der digitalen Signale in Matrixstellen, welche den Stellen auf der Detektoranordnung entsprechen, die von den Photonen beaufschlagt werden, und eine Vorrichtung zur Abtastung der Matrixstellen, um die minimalen und maximalen Werte der gespeicherten digitalen Signale zu bestimmen.

38. Anordnung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Durchführung vorbereitender Maßnahmen vor Beginn der eigentlichen Patientenuntersuchung.

39. Anordnung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß eine der vorbereitenden Maßnahmen den Einsatz einer Vorrichtung zur Einstellung des Energieausganges der Speisequelle zur Erzielung eines maximalen Analogsignales umfaßt.

40. Anordnung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Durchführung der vorbereitenden Maßnahmen eine Vorrichtung zur Einstellung des vollständigen, zur Verfügung stehenden Bereiches von Digitalwerten umfaßt, um nur den Bereich zwischen den maximalen und minimalen Intensitätswerten abzudecken.

41. Anordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einstellung des Energieausganges umfaßt: eine Vorrichtung zur Erregung der Speisequelle mit vorgegebenen Analog-Digital-Umwandler-Spannung-Strombestimmungen und Blendengröße,

eine Vorrichtung zum Vergleichen der resultierenden höchsten Videosignale mit den maximalen Videosignalen, und

eine Vorrichtung zur Einstellung der Strombestimmungen und der Blendengröße, derart, daß das resultierende höchste Videosignal gleich dem maximalen Videosignal wird.

42. Anordnung nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Berechnung der neuen Strombestimmungen unter Verwendung von Lineargleichungen als Funktion des gemessenen höchsten digitalen Signales und des digitalen Signales, das dem maximalen Videosignal entspricht.

43. Anordnung nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Berechnung der neuen Blendeneinstellungen unter Verwendung von Lineargleichungen als eine Funktion des gemessenen höchsten Digitalsignales, wobei das digitale Signal dem maximalen Videosignal, den alten Strombestimmungen und/oder den neuen Strombestimmungen entspricht.

44. Anordnung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Verwendung der vorbestimmten maximalen und minimalen Werte eine Vorrichtung zur Bestimmung des digitalen Bereiches, der durch die minimalen und maximalen Intensitätswerte definiert ist, und eine Vorrichtung zur Verwendung des vorbestimmten digitalen Bereiches für die Einstellung des Analog-Digital-Umwandlers, derart, daß dieser in den vollen digitalen Bereich nur Analogsignale umwandelt, die sich aus Intensitäten in einen gewünschten Bereich ergeben, umfaßt.

45. Anordnung nach Anspruch 44, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Berechnung der neuen Analog-Digital-Umwandler-Einstellung unter Verwendung von linearen Gleichungen als Funktion der maximalen und minimalen digitalen Werte.

46. Anordnung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Steuerung der Änderungen in den variablen Parametern unter Verwendung der maximalen und minimalen Werte durch Berechnung der Parameter als lineare Funktionen der maximalen und minimalen Werte, und zur Einstellung der Parameter auf die berechneten Werte.