DE3503739A1

DE3503739A1 - Digitale fluorographische einrichtung

Info

Publication number: DE3503739A1
Application number: DE19853503739
Authority: DE
Inventors: Paul Petach Tikvah Fenster
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1985-02-05
Publication date: 1985-09-19
Anticipated expiration: 2005-02-06
Also published as: NL193183B; NL8500348A; FR2559632A1; FR2559632B1; JPS60203081A; NL193183C; DE3503739C2; IL74247A; IL74247A0; US4628357A; JPH0771289B2

Description

Digitale fluorographische Einrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Bildverarbeitungssysteme für die diagnostische Bilddarstellung und insbes. auf solche Verarbeitungssysteme, wie sie in der digitalen Fluorographie verwendet werden.

Bildverbesserungssysteme weisen im allgemeinen vier Hauptabschnitte zusätzlich zu dem Computer- oder Zentralsteuerabschnitt auf. Es handelt sich dabei um den Bilderfassungsabschnitt, den Bildverarbeitungsabschnitt, den Speicherabschnitt und den Bildsichtanzeigeabschnitt. Zweck des Bildverarbeitungsabschnittes ist es, die Verbesserung bzw. Vergrößerung des zur Anzeige zu bringenden Bildes zu erzielen. Sehr häufig haben die Schritte, die durchgeführt werden, um eine charakteristische Eigenschaft der Bilder zu verbessern bzw. verstärken, negative Einflüsse auf andere charakteristische Eigenschaften der Bilder. Wenn dies der Fall ist, müssen häufig Abstriche und Kompromisse bei der Verstärkung bzw. Verbesserung in Kauf genommen werden. In solchen Fällen wird keine der charakteristischen Eigenschaften optimiert. Somit sind in der Bildverstärkungs-bzw. -Verbesserungstechnik und in den hierfür benötigten Geräten, die derartige bisher erforderliche Abstriche oder Kompromisse vermeiden oder verringern, von wesentlicher Bedeutung für die Technik.

In der digitalen Fluorographie wird der Videosignalausgang des Bilderfassungsabschnittes am Eingang des Bildverarbeitungsabschnittes verstärkt. Zur Einleitung des Bildverbesserungsvorganges wurden bisher für die in der digitalen Fluorographie (DF) verwendeten Verstärker logarithmische Verstärker wegen des exponentiellen Verlaufes des Intensitätssignales verwendet. Logarithmische Verstärker arbeiten in der Weise, daß sie Strahlungsintensitätsschwächungs-(Objektdichte) -Signale ergeben, die linear sind. Die linearen Signale sind eine Funktion der Intensität der Signale, die durch ein zu betrachtendes Blutgefäß gehen.

Wie bekannt, haben logarithmische Verstärker jedoch einen extrem hohen Verstärkungsfaktor um den Nullpunkt. Deshalb werden Fehler bzw. Geräusche, die in der Nähe des Nullpunktes auftreten, sehr verstärkt. Die Verstärkung des Geräusches und der Fehler hat dazu geführt, daß die logarithmischen Verstärker in aller Regel nicht mehr verwendet wurden. Stattdessen haben die Fachleute Analog/Digital-Wandler bei linearem Signal aus dem Verstärker in Verbindung mit Nachschlagetabellenanordnungen für die Umwandlungen von linear in logarithmisch verwendet. Dadurch gehen jedoch die einem logarithmischen Verstärker eigenen Vorteile bei Signalen mit exponentiellen Eigenschaften verloren - wenn das Verstärkungsproblem in der Nähe von Null gelöst werden könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Verfahren und Einrichtungen zu schaffen, die verhindern, daß die verstärkten Fehler und Geräusche, die durch die logarithmischen Verstärker bei digitalen fluorographischen Einrichtungen bedingt sind, in die Bilddarstellungen eingeführt werden.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer gattungsgemäßen Einrichtung erreicht durch einen Bilderfassungsabschnitt zum Erfassen einer Videosignaldarstellung des Objektes, einen logarithmischen Verstärker zum Verstärken des Videosignales durch eine logarithmische Funktion, und eine Vorrichtung zum Kappen der Basislinie des verstärkten Videosignales, um den Geräuschabstand (SNR) zu verbessern und eine Verstärkung des Signalfehlers und eines Geräusches in den Signalen in der Nähe des Nullpunktes zu verhindern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zur Optimierung der Qualität der erfaßten Bilder und zur Sichtanzeige in der digitalen Fluorographie ein Spitzenwert-TV-Kamera-Ausgang von etwa 1.000 mV verwendet wird. Es ist bekannt, daß für Bilddarstellungen, die aus einem Bildverstärker erfaßt werden, der untere Bildspannungsschwellwert nicht kleiner als etwa 20 mV und meistens nicht weniger als 5 0 mV ist, wenn der Spitzenwert 1.000 mV beträgt. Somit kann

die Kappvorrichtung so eingestellt werden, daß sie Spannungen an dem logarithmischen Verstärkerausgang entsprechend den Eingangsspannungen von weniger als etwa 20 mV kappt.

Mit der Erfindung wird eine Nullabschaltvorrichtung zur Verbesserung des Geräuschabstandes der Einrichtung wie auch zum Minimieren von Bildfehlern vorgeschlagen, die durch die Verwendung des logarithmischen Verstärkers und des geräuschvollen und instabilen Nullpunktes der TV-Kamera bedingt waren. Die Verbesserung wird erreicht, ohne daß der Verstärkungsgrad des logarithmischen Verstärkers nachteilig beeinflußt wird.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. E.s zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der grundlegenden Bestandteile einer typischen digitalen fluorographischen Einrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines bevorzugten logarithmischen Verstärkers zur Verwendung bei dem Bildverarbeitungsbestandteil nach Fig. 1, und

Fig. 3a, b und c graphische Darstellungen der Werte von V (Ausgang) im Vergleich zu V (Eingang) des Verstärkers nach Fig. 2.

Die digitale fluorographische Einrichtung 11 nach Fig. 1 weist einen Bilderfassungsabschnitt 12 auf, der u.a. die bekannte Röntgenquelle, den Röntgendetektor-Bildverstärker und die Videokamera einschließt, die das anfängliche Videosignal über den Leiter 13 an den Bildverarbeitungsabschnitt 14 geben.

Der Verarbeitungsabschnitt 14 ergibt die Bildverbesserungsbzw. Bildverstärkungsschritte, z.B. das Subtrahieren, Filtern, Glätten usw. wie auch die notwendigen Vorgänge, die in Verbindung mit den eigentlichen Bildverbesserungsschritten, wie z.B. Verstärken, Analog-Digital-ümwandeln, Digital-Analog-Umwandeln, arithmetische Schritte, usw. erforderlich

sind. Die Speicherfunktion ist in den Verarbeitungsabschnitt eingeschlossen, wie durch den Speicherblock 17 angedeutet. Der Ausgang des Verarbeitungsabschnittes sind Videosignale, die zur Sichtanzeige des Gegenstandes im Sichtanzeigeabschnitt 16 verwendet werden. Die Videosignale werden von dem Prozessor in den Sichtanzeigeabschnitt über den Leiter 19 eingeführt. Der zentrale Prozessor 23, der in Fig. 1 mit den üblichen peripheren Geräten dargestellt ist, führt die üblichen Steuerfunktionen aus.

Die Verstärker, die am Eingang des Verarbeitungsabschnittes 14 bei derartigen Einrichtungen verwendet werden, waren üblicherweise logarithmische Verstärker. Ein verbesserter logarithmischer Verstärker 31, der in einer digitalen fluorographischen Einrichtung verwendet wird, die die Probleme löst, welche in der Industrie bestanden haben und welche dazu geführt haben, daß logarithmische Verstärker zur Verwendung in einer digitalen fluorographischen Einrichtung nicht mehr eingesetzt wurden, ist in Fig. 2 gezeigt.

Die Videosignale auf dem Leiter 13 aus dem Erfassungsabschnitt 12 werden mit dem Eingang 32 des logarithmischen Verstärkers 31 gekoppelt (Fig. 2). Das Video-Eingangssignal wird in den Vorverstärker Ql gerichtet. Der Eingang 32 ist mit einem Impedanzanpaßwiderstand Rl abgeschlossen, der vom Eingang 32 an Erde gekoppelt ist.

Es sind Mittel vorgesehen, um den GS-Pegelausgang des Verstärkers Ql so einzustellen, daß er etwa Null ist und auf den Dunkelstrom der TV-Kamera anspricht. Mit der Einstellung des Nullpegels am Vorverstärker Ql bezieht die logische Verstärkerschaltung Q2 die Bildsignale auf einen festen Nullpegel.

Die GS-Pegel-Einstel!vorrichtung bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 weist einen veränderlichen Widerstand RVl auf, der zwischen positive und negative Spannung geschaltet ist. Die Spannung am Schleifer ist mit dem negativen Eingang des Vorverstärkers Ql über eine

Spannungsteilerschaltung mit Widerständen R2 und R3 gekoppelt. Die gemeinsame Verbindungsstelle dieser Widerstände ist mit dem negativen Eingang des Verstärkers Ql über den Leiter 33 gekoppelt. Eine stabilisierende Ruckkopplungsspannung wird aus dem Ausgang des Vorverstärkers Ql auf dem über den Widerstand R4 mit der Verbindungsstelle der Spannungsteilerschaltungswiderstände R2 und R3 gekoppelten Leiter 35 erzielt. Die Ruckkopplungsspannung wirkt in der Weise, daß sie die Nullpegel-Einstellspannung als Funktion des Ausganges des Vorverstärkers Ql verändert.

Der VorververStärkerausgang auf der Leitung 34 wird mit einem Eingangsanschluß des logarithmischen Verstärkers Q2 gekoppelt. Es sind Mittel vorgesehen, um den Verstärkungsfaktor und die Position der Kurve V (Ausgang) in Abhängigkeit von V (Eingang) der logischen Verstärkerschaltung 31 der Fig. 2 einzustellen. Insbesondere ist der veränderliche Widerstand RV3 zwischen die Anschlüsse 1 und 3 des Verstärkers Q2 in eine Serienschaltung, die die Widerstände R6, RV3 und R7 aufweist, eingeschaltet. Der Schleifer von RV3 ist negative Spannung gelegt. Dieser Verstärker ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein kommerziell verfügbarer logarithmischer Verstärker, wie er z.B. von der Firma Texas Instruments unter der Bezeichnung TL 441 CN angeboten wird. Die Schaltung veränderlicher Widerstände steuert die Neigung (Verstärkungsfaktor) der Spannungskurve, wie in Fig. 3a gezeigt.

Der Knickpunkt der Kurve nach Fig. 3 wird von der Widerstandsschaltung gesteuert, die den veränderlichen Widerstand RV2 in Reihe mit dem Widerstand R5 aufweist, die zwischen die Anschlüsse 4 und 7 des Verstärkers Q2 geschaltet sind. Eine Änderung des Widerstandswertes von RV2 durch Verschieben des Schleifers von RV2 bringt den oberen Teil der Kurve näher an die oder weiter weg von der V (Ausgang)-Achse, wie in Fig. 3b gezeigt. Der Ausgang des Verstärkers Q2 sind differentielle logarithmische Spannungen an den Anschlüssen 5 und 6. Es sind Mittel vorgesehen, um ein Null-Kappen der Ausgangsspannung zu erzielen. Insbesondere sind in Fig. 2 ein Differentialver-

stärker Q3 und eine zugehörige Schaltung gezeigt. Der positive Eingang des Verstärkers Q3 ist mit dem positiven Ausgang des Verstärkers Q2 über den Widerstand R8 gekoppelt, während der negative Eingang des Verstärkers Q3 mit dem negativen Ausgang des Verstärkers Q2 über den Widerstand R9 gekoppelt ist.

Der positive Eingang des Verstärkers Q3 wird mit Erde über den Lastwiderstand RIO und der negative Eingang des Verstärkers Q3 mit dem Ausgang des Verstärkers über den Rückkopplungswiderstand Rl2 gekoppelt. Da die Eingänge in den Differentialverstärker Q3 normalerweise gleich groß sind, wird der Ausgang normalerweise Null oder Erdpotential. Es sind jedoch Vorkehrungen getroffen, um den GS-Pegel am negativen Eingang des Verstärkers Q3 zu variieren, um die negativen Signale zu kappen. Insbesondere weist eine Vorrichtung zum Kappen der negativen Signale die positive Spannung auf, die über die Serienschaltung von veränderlichem Widerstand RV4 und Widerstand RlI mit dem negativen Eingang des Verstärkers Q3 und über den Widerstand R12 mit dem virtuellen Erdpotential am Ausgang des Verstärkers Q3 gekoppelt ist. Die Spannung an Rl2 verglichen mit der Spannung an RIO bewirkt, daß der Ausgang des Verstärkers Q3 nach negativ geht und Strom durch die Diode Dl und den Widerstand Rl3 fließt. Solange die Diode Dl stromleitend ist, können Signale nicht in die nächste Stufe der Schaltung 31 gelangen.

Die nächste Stufe ist der Ausgangspufferverstärker Q4. Wenn die Eingänge des Verstärkers Q3 hoch genug sind, geht der Ausgang von Q3 über den kritischen Pegel der Diode Dl hinaus, und die Ausgangssignale gelangen nunmehr zur nächsten Stufe. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Diode Dl eine Schottky-Diode mit schnellem Ansprechverhalten.

Der Pufferverstärker Q4 hat bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Verstärkungsfaktor von 1 und ist nicht invertierend. Der Ausgang des Verstärkers Q3 ist mit dem positiven Eingang des Verstärkers Q4 gekoppelt. Der Verstärker Q4 mit negativem Eingang ist mit seinem Ausgang zu

Stabilisierzwecken gekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers Q4 ist mit dem Ausgang 36 der logarithmischen Verstärkerschaltung 31 gekoppelt. Die Verbindung des Ausganges des Verstärkers Q4 und des Widerstands R15 ist über den Widerstand R14 an Erde gelegt.

Die logarithmische Verstärkerschaltung 31 nach Fig. 2 ist mit typischen Leistungsspeiseeingängen und Kondensatorfilterschaltungen wie auch einer Rückkopplungsschaltung am Verstärker Q3 mit Rl7 und Cl dargestellt. Die ohmschen Werte der Widerstandskomponenten und der Verstärker, die bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, sind Folgende:

RVl	= 2OK	RV2 =	2OK	RV3 =	5K	RV4	= 5K	2K
Rl	= 75	R6 =	2.7K	RIl =	2.7	R16		2K
R2	= 1OK	R7 =	560	R12 =	5.62K	R17		3pF
R3	= 499	R8 =	IK	R13 =	1.5K	Cl	= 4.
R4	= 1.2K	R9 =	IK	R14 =	3.3K
R5	= 1OK	RIO =	5.62K	R15 =	75

Ql und Q3 sind vom Typ HA 5195 der Firma Harris. Q4 ist eine 002-Schaltung der Firma National Semiconductors, Dl ist eine HP 5082 - 2810 Schottky-Diode der Firma Hewlett-Packard.

Im Betrieb wird die logische Verstärkerschaltung 31 unter anderem zur Einstellung des Nullpegels benutzt, um den Dunkelstrom anzupassen. Dies wird mit einem veränderlichen Widerstand RVl erzielt und mit der graphischen Darstellung der Spannung oberhalb der Anzapfung Nr. 1 angezeigt, wo die Spannung gemessen wird.

Die Schaltung arbeitet ferner so, daß die Neigung und die Lage der Knickpunkte der Spannungsausgangs/Spannungseingangs-Kurve so gesteuert wird, daß der Verstärkungsgrad und die Form der Kurve variiert werden. Dies wird durch Verwendung veränderlicher Widerstände RV3 und RV2 erreicht. Diese Einstellungen werden im Idealfall mit einer "Idealkurve" vorgenommen, und die gemessene Kurve wird so variiert, daß sie der idealen Kurve angepaßt wird.

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Schließlich vermeidet, wie in Fig. 3c (Ausgang/Eingang des Systems als Ganzes) dargestellt, der veränderliche Widerstand RV4, der zur Einstellung des Kappens der Ausgangsspannung auf Spannungen dient, die kleiner sind als die, die gekappt werden, die hohe Verstarkungsrate von Geräuschen und Fehlern um den Nullpunkt des Eingangs in den logarithmischen Verstärker. Deshalb unterdrückt das Kappen die nachteiligen Einflüsse, die das Verstärkergeräusch und Verstärkerfehler auf den Ausgang haben, was normalerweise durch die hohe Verstarkungsrate für Signale in der Nähe des Nullpunktes erschwert würde. Diese Methode ergibt einen geräuschfreien stabilen Bezugspegel (den unteren gekappten Pegel) zur Verwendung als Bezugswert durch die nachfolgende Stufe A-D.

Während nur die positive Seite der Spannung am Ausgang zur Spannung am Eingang in der Kurve betrachtet worden ist, kann das Kappsystem auch in gleicher Weise auf die negative Position der Kurve angewendet werden. Ein synergistischer Vorteil des hier beschriebenen logarithmischen Verstärkers ist die Maximierung der Verwendung von veränderlichen A/D-Einheiten, die in der israelischen Patentanmeldung.... erläutert ist.

Eine besonders hohe Genauigkeit des beschriebenen Systems wird erzielt, wenn dieses System mit logarithmischen Daten arbeitet. Der beschriebene logarithmische Verstärker ermöglicht die Verwendung von logarithmischen Daten, ohne daß dem System Nachteile aus der hohen Verstärkung in der Nachbarschaft des Nullpunktes erwachsen.

Claims

Patentansprüche:

Digitale fluorographische Einrichtung zur Sichtanzeige radiographischer Bilder von Gegenständen, gekennzeichnet durch

a) eine Bilderfassungsvorrichtung zum Erfassen von Videosignalen, die für Bilder des Gegenstandes repräsentativ sind,

b) eine Bildverarbeitungsvorrichtung, die das Videosignal vor dessen Sichtanzeige verarbeitet und die einen logarithmischen Verstärker zur Verstärkung des Videosignales durch eine logarithmische Funktion aufweist, und

c) eine Vorrichtung zum Kappen des verstärkten Videosignales auf einen Wert über dem, der dem Nulleingang des Verstärkers entspricht, um den Geräuschabstand zu verbessern und Verstärkungen von Signalfehlern in der Nähe des Nullpunktes auf der Ansprechkurve zu verhindern.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Abtrennen der verstärkten Videosignale eine Basislinien-Kappvorrichtung aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappvorrichtung eine Kurzschlußvorrichtung aufweist, die die verstärkten Videosignale bis auf einen bestimmten Wert kürzt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußvorrichtung eine Diodenvorrichtung ist, die normalerweise stromleitend ist, um den Ausgang des logarithmischen Verstärkers mit Erde auf einem vorbestimmten Pegel kurzzuschließen.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenvorrichtung eine Kurzschlußdiode ist.
6. Einrichtng nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logarithmische Verstärkervorrichtung aufweist: eine logarithmische Verstärkereinheit, die einen positiven Ausgang erzeugt, der die verstärkten Videosignale darstellt, eine Differenzverstärkervorrichtung, eine Vorrichtung zum Verbinden der positiven und negativen Ausgänge der logarithmischen Verstärkereinheit mit Eingängen der Differenzverstärkervorrichtung, eine Kurzschlußvorrichtung, die eine mit dem Ausgang der Differenzverstärkervorrichtung gekoppelte Diodenvorrichtung umfaßt,

eine Vorrichtung zum Vorspannen der Kurzschlußvorrichtung, die oberhalb des Nullausgangspegels arbeitet, um den Ausgang des Differenzverstärkers in der Nähe von Null nach Erde kurzzuschließen, und

eine Vorrichtung zum Variieren der Vorspannung für die Steuerung des Trennpunktes.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung eine veränderliche Widerstandsvorrichtung aufweist, die die Spannung mit einem der Eingänge des Differenzverstärkers koppelt.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Steuerung des Knickpunktes des Ausganges der logarithmischen Verstärkereinheit vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Steuerung des Verstärkungsfaktors des logarithmischen Verstärkers vorgesehen ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Vorverstärker, der das Videosignal mit dem Eingang des logarithmischen Verstärkers koppelt.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Pufferverstärker, der den Ausgang des Differenzverstärkers mit dem Ausgang des logarithmischen Verstärkers zum Anschluß mit der Sichtanzeigevorrichtung koppelt.
12. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen A/D-Wandler, eine Vorrichtung zur Kopplung des Ausganges des logarithmischen Verstärkers mit dem A/D-Wandler, und eine Vorrichtung im A/D-Wandler zur Veränderung des Verstarkungsgrades des Wandlers.
13. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen A/D-Wandler mit einem veränderlichen Schwellwert.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Variieren des Verstarkungsgrades des A/D-Wandlers.