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Die Erfindung betrifft Abbildungen und ist
insbesondere auf Röntgenstrahlabbildung anwendbar,
die digitale Bildverarbeitungs- und
Darstellungstechniken verwendet.
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Eine bekannte Art digitalen
Röntgenstrahlabbildungssystems, die sich insbesondere auf die
Gefäßabbildung richtet, umfaßt eine
Röntgenstrahlquelle zum Richten von Röntgenstrahlen durch einen
Patienten, der zu untersuchen ist, und eine
Bildverstärkerröhre, die ausgerichtet ist, um ein aus
dem Patientenkörper austretendes Röntgenstrahlmuster
aufzunehmen. Die Bildröhre setzt die empfangenen
Röntgenstrahlen in ein entsprechendes Bild im
sichtbaren Lichtbereich um. Ein Fernsehsystem
betrachtet das Lichtbild und erzeugt einen Satz
analoger Signale, die das Bild beschreiben. Eine
digitale Angiographiesubtraktionseinheit (DAS) empfängt
die analogen Signale, digitalisiert sie, wobei sie
die Signale in einem Speicher speichert. Die
Speicheradresse eines speziellen gespeicherten Signals gibt
den Bereich oder das "Pixel" des Bildes an, das durch
dieses Signal dargestellt wird. Die gespeicherten
digitalen Signale tragen jeweils Information, die die
Helligkeit des Bildes an dem entsprechenden Pixel
definieren.
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Die digitale Angiographiesubtraktionseinheit
umfaßt eine Schaltung, die bei Programmierung durch
geeignete bekannte Software die digitale
Angiographiesubtraktionseinheit dazu veranlaßt, die digitalen
Signale auf vielfältige bekannte Weisen zu
verarbeiten und zu verstärken.
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Die digitale analoge Angiographiesubtraktions
einheit umfaßt auch eine
Digital/Analog-Umsetzungseinrichtung, die die gespeicherten und/oder
verstärkten digitalen Signale in die analoge Form zur
Darstellung auf einem geeigneten analogen Monitor
umsetzt.
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Ein Abbildungssystem der oben beschriebenen Art
ist beispielsweise in einem Gefäßabbildungssystem
enthalten, das die Bezeichnung "DIGICON 260" aufweist
und von Picker Internatiönal, Cleveland, Ohio, U.S.A.
hergestellt und verkauft wird. Weitere derartige
Systeme umfassen ein DIGICON 160 und ein ANGICON,
die ebenfalls von Picker International angeboten werden.
Eine bekannte Form von digitaler
Angiographiesubtraktionseinheit ist ein Produkt, das als "DAS 211"
bezeichnet wird und ebenfalls von der obigen Firma
Picker International verkauft wird.
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Im Betrieb eines solchen digitalen
Gefäßabbildungssystems sollte der Benutzer, bevor eine Folge von
Bildern mit diagnostischer Qualität vom System
aufgenommen werden kann, ein oder auch mehr Testbilder
aufnehmen. Diese Testbilder werden manchmal "Technik"-
Bilder genannt und werden oft damit umschrieben, daß
sie mittels eines "technischen Schnappschusses"
aufgenommen werden.
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Die Technikbilder dienen zwei Zwecken. Sie zeigen,
ob die Anatomie von Interesse eine geeignete
Strahlungsexposition erfährt. Auch zeigen sie, ob die
später aufzunehmenden Bilder irgendwelche "heißen
Flecke" aufweisen.
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"Heiße Flecke" sind solche Bereiche des Bildes,
die so hell sind, daß das digitale Abbildungssystern
gesättigt wird und sie nicht richtig handhaben kann,
da die diese Flecken darstellenden Signale größer als
der dynamische Bereich sind, der inhärent als eine
Grenze des Systems definiert ist.
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"Heiße Flecken oder Punkte" treten hauptsächlich
in Bereichen der Anatomie auf, die luftgefüllt sind,
wie die Lungen, die Kehle usw. Wird die
Strahlungsintensität auf einen Pegel angehoben, der hoch genug zur
Durchdringung ist, und bildet infolgedessen dichtere
Bereiche des Körpers wie das Mediastinum ab, ist die
resultierende Strahlung in Bereichen, die den
luftgefüllten Organen entsprechen, zu intensiv. Ist
infolgedessen die Strahlung ausreichend hoch, um dicke
und dichte Bereiche der Anatomie abzubilden, so ist
die Strahlung zu hoch, um die luftgefüllten Bereiche
richtig abzubilden. Wie oben aufgezeigt, weist die
digitale Verarbeitungsausrüstung die inhärente Grenze
auf, daß es Helligkeitsinformation über einem
"Sättigungs"-Pegel nicht richtig handhaben kann.
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Wenn irgendwelche gesättigten Bereiche
vorliegen, wird häufig eine Art Röntenstrahlabsorberelement
zwischen der Quelle und dem Patienten in den Bereichen
der "heißen Flecken" angeordnet, so daß die Sättigung
vermieden wird. Nachdem der Absorber plaziert worden
ist, muß ein weiteres Technikbild aufgenommen werden,
um zu sehen, ob die Sättigung beseitigt worden ist.
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Teile von Absorbermaterial, die unterschiedliche
Formen, Dicken und Zusammensetzungen aufweisen, werden
in "Ausrüstungssortimenten" verfügbar gehalten, um
zur Optimierung der Bilder eine Anpassung auf die
Absorptionseigenschaften vorzusehen.
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In der Vergangenheit wurde lediglich eine sehr
eingeschränkte Bildverarbeitung bei technischen
Bildern ausgeführt. Die unverarbeiteten Technikbilder
wurden üblicherweise einer Bedienungsperson
dargestellt, die zu beurteilen hatte, ob in irgendeinem
Bereich des Bildes Sättigung vorlag. Die
Bedienungsperson versuchte im allgemeinen die Sättigung durch
visuelle Inspektion des Bildes, d.h. durch Absuchen
nach einem Detailverlust festzustellen, der im
allgemeinen eine derartige Sättigung begleitet.
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Es wurde bereits auch eine Hilfe für die
Bedienungsperson verwendet. In einem bekannten System wird
ein Satz von sechs Histogramplots, die der Helligkeit
entlang sechs paralleler beabstandeter Linien an
unterschiedlichen Stellen im Bild entsprechen, erzeugt.
Eine Bedienungsperson kann von den Histogrammen
gewonnene Information mit der visuellen Inspektion koppeln,
um sicherzustellen, ob eine Sättigung vorliegt.
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Ein Problem bei dieser Lösung besteht darin, daß
zahlreiche Bedienungspersonen Schwierigkeiten haben,
exakt zu interpretieren, was die Histogramme ihnen
sagen. Auch zeigen die Histogramme nur Information
für die sechs Bildzeilen an, denen sie entsprechen.
Es gibt offensichtlich größenmäßig erfaßbare Lücken
im Bild mit keinerlei entsprechender
Histogramminformation. In diesen Lücken muß die Bedienungsperson
einen sehr feinen Verlust im Bilddetail auffinden,
um festzustellen, ob dort eine Sättigung vorliegt.
Auch erfahrene Bedienungspersonen haben manchmal
Schwierigkeiten, diese Feststellung zu treffen.
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Darüber hinaus haben die Bedienungspersonen
Schwierigkeiten, eine Stelle mit heißem Fleck der
Anatomie zuzuordnen. Sie haben infolgedessen Probleme,
präzise zu entscheiden, wo die Röntgenstrahlabsorber
anzubringen sind.
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Die schließlichen Auswirkungen dieser Probleme
bestehen darin, daß die Bedienungspersonen derartiger
Gefäßabbildungssysteme eine beträchtliche Zeit dafür
aufwenden, technische Aufnahmen herzustellen, und
auch bei vielfacher technischer Aufnahme laufen
zahlreiche gegenwärtige digitale Studien darauf hinaus,
daß sie immer noch Informationsverluste infolge von
Sättigungsbereichen aufweisen.
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Nachteile resultieren manchmal dort, wo ein
Bereich des abzubildenden Sichtfeldes eine Region
außerhalb des Patientenkörpers, d.h. eine Region
einschließt, in der Strahlung von der Quelle zum
Detektor wie einer Bildröhre in
Gefäßabbildungssysteme
gestrahlt wird, ohne durch einen Teil des
Patientenkörpers hindurchzutreten. Wenn die Strahlung
auf einen ausreichend hohen Pegel zur Abbildung der
Strukturen im Patientenkörpern eingestellt wird, wird
häufig die Region oder der Bereich des Sichtfeldes
außerhalb des Patientenkörpers gesättigt sein. Für
die vorliegende Beschreibung werden jedwede Bereiche
des Sichtfeldes vom Detektor, in denen die Strahlung
direkt den Detektor erreicht, ohne zunächst durch
den Patientenkörper hindurchzutreten, als "Luftregionen"
bezeichnet.
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Dort, wo diese Regionen eine Sättigung erzeugen,
werden sie im Bild intensiv weiß oder hell erscheinen.
Einige Personen, die diese Bilder interpretieren,
empfinden dieses Phänomen als das Bild verwirrend und
verschlechternd. Auch trägt die Verarbeitung von
Information, die aus Luftbereichen abgeleitet wird,
nichts zur Information bei, die über den
Patientenkörper gewonnen wird, belegt jedoch einen wesentlichen
Bereich der Informationsverarbeitungskapazität des
Systems.
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Andere Arten von Röntgenstrahlabbildungssystemen
wie digitale Durchleuchtungssysteme verwenden
Detektoren mit diskreten Detektorelementen anstelle einer
Kette aus Bildröhre und Fernsehen, jedoch umfassen
Nachteile, die derartige digitale Durchleuchtungssysteme
beinhalten, auch solche, die mit dem beschriebenen
Gefäßabbildungssystem verknüpft sind, sowie auch einige
andere Nachteile.
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In der digitalen Durchleuchtung strahlt die Quelle
Röntgenstrahlung durch einen Patientenkörper auf einen
Detektor im Strahlungspfad jenseits des Patienten. Der
Detektor spricht unter Verwendung einer geeigneten
Mehrzahl diskreter Sensorelemente auf einfallende
Strahlung an, um analoge Signale zu erzeugen, die das
aufgenommene
Strahlungsbild darstellen, wobei diese Signale
in digitale Information umgesetzt werden und einer
digitalen Datenverarbeitungseinheit zugeführt werden.
Die Datenverarbeitungseinheit zeichnet die digitalen
Daten auf und/oder verarbeitet und verstärkt sie. Eine
Displayeinheit spricht auf die geeigneten digitalen
Daten an, die das Bild darstellen, um die digitale
Information zurück in analoge Form umzusetzen und
eine visuelle Darstellung der internen Körperstruktur
des Patienten zu erzeugen, die aus dem aufgenommenen
Bildmuster der aus dem Patientenkörper austretenden
Strahlung abgeleitet ist. Das Darstellungssystem kann
direkt an die digitale Datenverarbeitungseinheit
angeschlossen sein, um im wesentlichen eine
Echtzeitabbildung zu erzielen, oder kann mit gespeicherten
digitalen Daten von einer digitalen Speichereinrichtung
wie Bändern oder Platten gespeist werden, die
Patientenbilder aus früheren Untersuchungen darstellen.
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Die digitale Durchleuchtung umfaßt
Durchleuchtungstechniken, in denen ein dünnes gespreiztes Bündel
aus Röntenstrahlen verwendet wird. In dieser Technik,
die häufig als "Scan- (oder
Schlitz)-Projektionsdurchleuchtung" (SPR) von scan projection radiography)
bezeichnet wird, wird ein gespreiztes
Röntenstrahlbündel durch einen Patientenkörper gestrahlt. Das
gespreizte Bündel oder Streubündel wird über den
Patienten gescant, oder der Patient ist bewegbar zwischen
der Quelle mit dem gespreizten Röntgenstrahl und einer
Anordnung individueller zellenförmiger Detektorelemente
angeordnet, die entlang eines Pfades ausgerichtet sind.
Eine Relativbewegung wird zwischen der
Quellen-Detektoranordnung und dem Patientenkörper hervorgerufen,
wobei der Detektor mit dem Bündel derart ausgerichtet
gehalten wird, daß ein großer Bereich des
Patientenkörpers durch das gespreizte Röntgenstrahlbundel
abgetastet wird. Jedes der Detektorsegmente erzeugt
analoge Signale, die die Eigenschaften der empfangenen
Röntgenstrahlen anzeigen.
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Diese analogen Signale werden digitalisiert und
einer Datenverarbeitungseinheit zugeführt, die die
Daten in einer vorselektierten Weise verarbeitet, um
das Displaygerät so zu betätigen, daß dieses eine
Bilddarstellung liefert, die die interne Struktur und/
oder den Zustand des Patientenkörpers repräsentiert.
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Details digitaler Durchleuchtungssysteme sind in
den folgenden Dokumenten ausgeführt:
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Lehman, L.A. et al: "Generalized Image Combinations
in Dual KVP Digital Radiography", Medical Physics
8:659-667, 1981;
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Veröffentlichte europäische Patentanmeldung Nr.
EP-A-0115125;
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US-Patent US-A-4,383,327, veröffentlicht am
10. Mai 1983, von Robert A. Kruger mit dem Titel
"Radiographic Systems Employing Multi-Linear Arrays of
Electronic Radiation Detectors".
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Einer der Vorteile digitaler Durchleuchtung und
Fluoroscopie besteht darin, daß die digitale
Bildinformation, die aus dem austretenden Strahlungsmuster
erzeugt wird, das auf den Detektor auftrifft, einfacher
auf vielfältige Weise verarbeitet werden kann als
analoge Daten, um bestimmte Bereiche des Bildes
hervorzuheben, das Bild einfacher verständlich zu machen
und einen weiteren Bereich von anatomischen
Schwächungsunterschieden darzustellen.
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Während digitale
Durchleuchtungsabbildungsverfahren, die mit zellenförmigen Mehrelementdetektoren
ausgeführt werden, im allgemeinen nicht die Aufnahme
von "technischen" Schnappschüssen beinhalten,
beinhaltet das digitale Durchleuchtungssystem
vergleichbare sättigungsbezogene Nachteile wie die der
Gefäßsysteme bezüglich der extremen Helligkeit der
Luftregionen und teilt den unerwünschten Effekt, daß es
das System erfordert, Sättigung anzeigende Daten, die
Luftregionen entsprechen, zu verarbeiten, was nichts
zur Abbildung des Patientenkörpers beiträgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Abbildungssystem und ein Verfahren vorzusehen, die die
oben beschriebenen sättigungsbezogenen Nachteile
überwinden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist
ein Abbildungssystem vorgesehen, das aufweist: eine
Einrichtung zum Ausstrahlen durchdringender Energie
durch eine Untersuchungszone, in der ein Körper
angeordnet ist, eine Detektoreinrichtung zur Detektion von
Energie aus der Zone, eine Einrichtung zum Erzeugen
elektrischer oder optischer Signale entsprechend der
detektierten Energie, eine Verarbeitungseinrichtung,
die diese Signale zur Erzeugung eines Bildes
entsprechend der Zone verwendet, eine Einrichtung zur
Detektion des Vorhandenseins von ersten Regionen der Zone,
für die der Helligkeitspegel eines wiedergegebenen
Bildes auf einem vorbestimmten Sättigungspegel liegt,
eine Modifikationseinrichtung, die ein erstes
sichtbares Artefakt in Bereiche des Bildes einbringt, die
den ersten Regionen des Bildes entsprechen, und eine
Einrichtung, die das Bild darstellt, dadurch
gekennzeichnet, daß das System ferner eine Einrichtung zur
Detektion des Vorhandenseins von zweiten Regionen
der Zone aufweist, für die der Helligkeitspegel eines
wiedergegebenen Bildes einen weiteren vorbestimmten
Pegel übersteigt, jedoch geringer als der
Sättigungspegel ist, und eine Modifikationseinrichtung aufweist,
die ein zweites sichtbares Artefakt in Bereichen des
Bildes einbringt, die den zweiten Regionen entsprechend
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Dieser weitere vorbestimmte Pegel beträgt
vorzugsweise 95% des Sättigungspegels.
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Es empfiehlt sich, daß das zweite sichtbare
Artefakt ein zwischengemischtes Muster dunkler und heller
Pixel ist, und in einer bevorzugten Ausführung ist das
erste sichtbare Artefakt derart, daß die ersten
Regionen als ein dunnler Bereich des Bildes dargestellt
werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Abbildungsverfahren angegeben, das
die Schritte umfaßt:Ausstrahlen durchdringender Energie
von einer Quelle durch eine Untersuchungszone, in der
ein Körper angeordnet ist, Detektieren von Energie aus
der Zone, Erzeugen elektrischer oder optischer Signale
entsprechend der detektierten Energie, Detektieren des
Vorhandensein von ersten Regionen der Zone, für die
der Sättigungspegel eines wiedergegebenen Bildes hiervon
einen Sättigungspegel übersteigt, Einbringen eines
ersten visuellen Artefakts in Bereichen des Bildes,
die den ersten Regionen entsprechen, und Darstellen
des Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren
ferner die Schritte der Detektion des Vorhandenseins
von zweiten Regionen der Zone, für die der
Helligkeitspegel eines wiedergegebenen Bildes einen weiteren
vorbestimmten Pegel übersteigt, Jedoch geringer als der
Sättigungspegel ist, und des Einbringens eines zweiten
sichtbaren Artefakts in Bereichen des Bildes, die den
zweiten Regionen entsprechen, umfaßt.
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Vorzugsweise umfaßt das System die weiteren
Schritte der Positionierung von
strahlungabsorbierenden Elementen zwischen der Quelle und den Regionen nach
Darstellung des Bildes und die weiteren Schritte der
Strahlung durchdringender Energie durch die Zone, der
Detektion von Energie hieraus, der Erzeugung weiterer
elektrischer oder optischer Signale entsprechend der
detektierten Energie in diesem weiteren Schritt und
der Darstellung eines weiteren Bildes.
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Die Bezeichnung "sichtbarer Artefakt", wie in
diesem Dokument verwendet, bedeutet jedweden
sichtbaren Aspekt des Bildes, der nicht der aktuellen
anatomischen Struktur des Patienten innerhalb des
Sichtfeldes
entspricht, das durch das Bild definiert ist.
Infolgedessen besteht ein signifikanter Aspekt der
Erfindung in der absichtlichen Einführung von
Artefakten in ein technisches Bild, die Indikatoren von
Bereichen relativer Helligkeit vielfältiger Pixel des
Bildes entsprechen und als solche verwendet werde,
bezogen auf einen Sättigungswert der vollen Skala für
das spezielle System, welches benutzt wird.
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Es ist ersichtlich, daß ein System gemäß der
Erfindung eine schnelle Identifikation von gesättigten
und nahezu gesättigten Bereichen eines technischen
Bildes durch die Bedienungsperson stark erleichtert.
Da die Anzeigen von Sättigung und nahezu Sättigung
dem Bild selbst tatsächlich überlagert sind,
erleichtert dies die einfache Auswahl der Bedienungsperson
sowie Position irgendwelcher hinzugefügter
Absorberelemente, die zwischen den Patienten und die Quelle
plaziert werden, um die Strahlung zu schwächen, die
aus dem Patientenkörper in dem Bereich des
Sichtfeldes auftritt, welcher der gesättigten Region
entspricht.
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Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung
werden sämtliche Bereiche oder Pixel jedes
technischen Bildes hinsichtlich Sättigung abgetastet und
nicht lediglich die sechs Zeilen, die durch die
Histogramme aus dem Stand der Technik abgetastet werden.
Die Sättigung wird durch visuelle Inspektion des
geänderten technischen Bildes einfach und
unmißverständlich beobachtet, und es ist keine Beurteilung dazu
erforderlich, um Sicherzustellen, ob Sättigung
aufgetreten ist oder wo sie aufgetreten ist. Da die
gesättigten Bereiche im Patientenbild statt auf einem
Histogramm dargestellt werden, ist es für die
Bedienungsperson einfach, die Sättigungsortsinformation,
die in dem geänderten technischen Bild gezeigt ist,
tatsächlichen Bereichen der Patientenanatomie
zuzuordnen. Dies ermöglicht natürlich, daß die Plazierung
und Selektion von Röntgenstrahlabsorberelementen (z.B.
dem Material, der Form, der Dicke usw.), wie sie
benötigt werden, mit größerer Genauigkeit vorgenommen werden
können.
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Die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist auch
insofern von Vorteil, daß sie Signale behandelt, die
Helligkeitswerte für Pixel innerhalb von Luftregionen,
d.h. Regionen innerhalb des Sichtfeldes identifizieren,
in denen Strahlung von der Quelle den Detektor streift,
ohne zuerst durch den Patientenkörper hindurchzutreten.
Ist eine Luftregion helligkeitsgesättigt, so kann das
erste Artefakt so gewählt werden, daß die gesamte
gesättigte Luftregion auf Schwarz gewechselt wird. Dies
hat Verschiedene wichtige Vorzüge. Erstens wird der
exzessiv helle Bereich des Bildes eliminiert und lenkt
nicht weiter vom Bereich des Bildes ab, das die
Patientenkörperstruktur darstellt. Zweitens besteht,
wenn das System die Luftregion einfach auf Schwarz
setzt, keine Notwendigkeit, irgendwelche Information,
die dieser Luftregion selbst entspricht, zu verarbeiten.
Signale können vor der Bildverarbeitung einfach aus dem
Ensemble verworfen werden.
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Drittens eliminiert bei Verwendung eines
digitalen Durchleuchtungssystems das einen Detektor mit
zahlreichen zellenartigen diskreten Elementen verwendet,
das Umschalten der Luftregionen ansprechend auf
Sättigung auf Schwarz eine streifige Ausbildung des
gesättigten Bereichs des Luftregionabschnitts vom Bild,
die andernfalls manchmal resultiert, wenn
Bildverstärkungs- und/oder Offsetkorrekturtechniken angewandt
werden.
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Die FR-A-2073618 offenbart ein
Röntgenstrahlabbildungssystem, in dem der Helligkeitspegel von
Signalen, die einen vorbestimmten Sättigungspegel
übersteigen, herabgesetzt ist. Dies erfolgt durch
Invertieren und Verstärken des Bereichs vom Bildsignal, der
den Sättigungspegel übersteigt, und durch Überlagern
des Bildsignals mit dem invertierten Signal.
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Die DE-A-3523514 beschreibt ein System, in dem
Signale mit einem Helligkeitspegel über einem
vorbestimmten Pegel als weiße Regionen im dargestellten
Bild gezeigt sind.
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Keines dieser Systeme liefert ein Verfahren zum
Erleichtern der Erkennung von Bereichen in einem
wiedergegebenen Bild, die durch eine gesättigte
Helligkeit gekennzeichnet sind.
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Ein Abbildungssystem und Verfahren entsprechend
der Erfindung wird nun beispielhalber unter Bezug auf
die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
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FIG . 1 eine bildliche Darstellung eines Systems
zeigt, das die Erfindung enthält;
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FIG . 2 ein vereinfachtes Blockschaltild zeigt,
das Bereiche des Systems der FIG. 1 umreßt;
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FIG . 3 ein Flußdiagramm ist, das ein Verfahren
vom Betrieb des Systems der FIG. 1 und 2 verdeutlicht,
und
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FIG . 4 die Darstellung eines Bildes ist, das
durch den Betrieb des Systems der FIG. 1 und 2 gemäß
der Betriebsart, die in FIG. 3 umrissen ist, aufgenommen
ist; und
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FIG . 5 ein Blockschaltbild ist, das die Art
der Inkorporation eines Aspektes der vorliegenden
Erfindung in ein digitales Durchleuchtungssystem zeigt,
das einen zellenförmigen Detektor mit zahlreichen
diskreten Elementen verwendet.
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Die FIG. 1 zeigt in bildhafter Form ein System 10
zum Aufnehmen digitaler Bilder durch die Verwendung von
Röntgenstrahlen. Ein Patient 12 ruht auf einem Tisch 14,
der auf einer Halterungsstruktur 16 bewegbar gehaltert
ist und der eine Patientenuntersuchungsstation definiert.
Eine Röntgenstrahlquelle 18 strahlt Röntgenstrahlen nach
oben von unterhalb des Tisches durch den Patientenkörper.
Eine Abbildungseinheit 20 ist bezüglich der Quelle
ausgerichtet, um aus dem Patientenkörper austretende
Röntgenstrahlung
zu empfangen. Die Abbildungseinheit 20 ist
auf einer gelenkigen Struktur 22 bewegbar gehaltert,
um die Bewegung der Abbildungseinheit 20 auf Ausrichtung
mit einem gewünschten Abschnitt des Patientenkörpers
zu erleichtern.
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Eine Bedienkonsole 24 ist elektrisch mit der
Abbildungseinheit 20 verbunden. Die Bedienkonsole 24
umfaßt eine Vorrichtung und Schaltung zum Steuern des
Betriebs einiger Komponenten des Systems 10. Die
Bedienkonsole 24 ist an eine separate digitale Verarbeitungs
einheit (DPU) angeschlossen, die in der FIG. 2 mit der
Bezugszahl 23 in Blockschaltbildform gezeigt ist und
deren Funktion weiter unten näher erläutert ist, und
ist ferner an einen Abbildungsmonitor 26 angeschlossen.
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Die FIG. 2 zeigt ein vereinfachtes
Blockschaltbild, das die Hauptkomponenten des Systems 10 zeigt.
Im Betrieb erzeugt die Quelle 18 ansprechend auf ein
Befehlssignal von der Steuerkonsole 24 einen Impuls
von Röntgenstrahlen, die durch den Körper des Patienten 12
hindurchtreten und auf eine Eintrittsfläche einer
Bildverstärkerröhre 30 treffen. Die Bildverstärkerröhre 30
erzeugt ansprechend auf das einfallende Muster von
Röntgenstrahlen auf einer Austrittsfläche ein Bild im
sichtbaren Lichtbereich, das dem Muster der empfangenen
Röntgenstrahlen entspricht.
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Die Eintrittsfläche der Bildverstärkerröhre 30
definiert eine ausreichend große Fläche, daß zumindest
bei einigen Anwendungen, wenn ein menschlicher Körper
abgebildet wird, eine Luftregion vorliegen wird, d.h.
eine Region, durch die die Strahlung direkt von der
Quelle zur Bildröhreneintrittsfläche gestrahlt wird,
ohne zunächst durch den Patienten hindurchzutreten.
Häufig wird, wenn die Strahlung hoch genug ist, um
den Patientenkörper wirksam abzubilden, die Luftregion
eine Sättigung über einen großen Bereich zeigen. Die
vorliegende Erfindung hat einen Zweck in der Verbesserung
der Handhabung von Daten, die dem Luftregionabschnitt
des Bildes entsprechen, und zwar auf eine weiter unten
detailliert erläuterte Weise.
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Das Bild sichtbaren Lichts, das von der Bildröhre
30 erzeugt wird, wird von einer Fernsehkamera 32
betrachtet. Die Fernsehkamera 32 erzeugt abhängig von
Befehlssignalen von der Konsole 24 ein Emsemble von
Signalen, das ein analoges Videosignal und horizontale
und vertikale Synchronisiersignale einschließt, die in
analoger Form das von der Fernsehkamera 32 betrachtete
Bild beschreiben.
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Die analogen Signale werden zu einer digitalen
Angiographiesubtraktionseinheit (DAS) 25 übertragen,
die die Steuerkonsole 24, die digitale
Verarbeitungseinheit 23, einen Monitor 26 und ein Tastenfeld 36
(FIG. 2) umfaßt.
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Die digitale Angiographiesubtraktionseinheit 25
digitalisiert die ankommenden analogen Signale. Diese
digitalisierten Signale repräsentieren jeweils die
Helligkeit eines Speziellen jeweils entsprechenden
Bereichs oder Pixels des Bildes, das von der
Fernsehkamera 32 betrachtet wird. Jedes dieser digitalen
Helligkeitsanzeigenden Signale wird in einer
eindeutigen Adresse in jedem eines oder mehrerer digitaler
Speicher gespeichert. Die Adresse. an der ein Spezielles
Signal gespeichert ist, entspricht der Stelle des
Pixels im Bild, dessen Helligkeit durch dieses
gespeicherte Signal dargestellt wird.
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Die digitale Angiographiesubtraktionseinheit 25
umfaßt auch eine Vorrichtung und eine
Schaltungseinrichtung zum Verarbeiten der digitalisierten Information
auf bekannte Weisen, um das Bild zu verstärken, das
durch die digitale Information dargestellt ist. Auf
Befehl setzt die digitale
Angiographiesubtraktionseinheit 25 die gespeicherte und/oder verstärkte bzw.
hervorgehobene digitale Information zurück auf analoge
Form, welche dann dem Monitor 26 zum Erzeugen eines
analogen Bildes zugeführt wird, das von der Bedienungs-
Person angesehen werden kann.
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Die Bedienungsperson kommuniziert mit den
Komponenten des Systems 10 über das Tastenfeld 36 und
steuert diese.
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Das System 10 wie oben beschrieben umfaßt eine
Einrichtung sowohl zum Herstellen von "Untersuchungs"-
Bildern als auch zum Herstellen von "technischen"
Bildern. Bei Instruktion auf eine einer Vielfalt von
bestimmten Arten über das Tastenfeld betätigt die
DAS 25 die Quelle, so daß diese Röntgenstrahlen eines
vorbestimmten Pegels und einer vorbestimten Dauer
erzeugt. Die DAS 25 wird angewiesen, die Fernsehsignale,
die so aufgenommen werden, entsprechend einem
Untersuchungsprotokoll zu verarbeiten, welches eine
spezielle gewünschte anatomische Studie definiert und dieser
entspricht. Das spezielle Protokoll unterscheidet sich
von einer Art anatomischer Studie zur anderen gemäß
Parametern, die die Qualität des gewonnenen Bildes zur
Darstellung des speziellen gewünschten anatomischen
Organs oder Zustandes optimieren.
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Bei unterschiedlicher Instruktion über das
Tastenfeld kann die DAS ein "technisches" oder Testbild
erzeugen. Das Testbild wird gewonnen, indem die Quelle
so betätigt wird, daß sie einen Impuls eines
speziellen Pegels und einer speziellen Dauer erzeugt, und
indem die DAS so betätigt wird, daß sie die empfangenen
Fernsehsignale auf eine Spezielle Art bearbeitet, die
von der Art verschieden ist, mit der die DAS die
Fernsehsignale im Verlauf einer
Untersuchungsbildakquisition gemäß einem der vorselektierten
Untersuchungsprotokolle bearbeitet.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das
System 10 ein Gefäßabbildungssystem, das als "Digicon
260" bezeichnet wird und von Picker International,
Cleveland, Ohio, USA hergestellt und vertrieben wird.
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Auch umfaßt das bevorzugte Ausführungsbeispiel im
System eine Komponente, die als "DAS 211" bezeichnet
wird und auch von Picker International angeboten wird.
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Die Praktizierung dieser Erfindung ist jedoch
nicht auf den Einsatz im bevorzugten System beschränkt.
Die Erfindung kann zur Verwendung in jedwedem Typ
digitalen Abbildungssystems eingesetzt werden.
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Das Digicon 260 und DAS 211 sind beides bekannte
Systeme und im Handel erhältlich. Entsprechend werden
die vertraulichen Details dieser kommerziell zur
Verfügung stehenden Systeme hier nicht diskuttiert. Der
verbleibende Teil der Beschreibung beschreibt die Art
und Weise der Modifikation der Verwendung solcher
Komponenten, um die Vorrichtung und das Verfahren zu
realisieren, die die vorliegende Erfindung verkörpern.
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Kurz ausgedrückt, involviert die Vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung, eine Schaltung und ein
Verfahren zum Modifizieren von Test- oder "technischen"
Bildern, die durch Verwendung des Systems 10 auf eine
Art und Weise akquiriert werden, welche die Bestimmung
darüber erleichtert, ob das dargestellte Bild eine
Sättigung oder nahezu Sättigung zeigt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, bevor das
Bild aus der "technischen" Aufnahme dargestellt wird,
die gespeicherte digitale Information, die das Bild
darstellt gemäß einer diskontinuierlichen
Grauskalaabbildungsfunktion oder -mappingfunktion geändert.
Diese modifizierende Prozedur umfaßt eine
Grauskalaabbildungsfunktion, die die folgenden Eigenschaften
aufweist:
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1. Falls das Signal, das dem Pixel entspricht,
das abgebildet wird, einen Helligkeitspegel über 95%
Sättigung anzeigt, wird die Helligkeit dieses Pixels
nicht geändert;
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2. Falls das Signal, das dem Pixel entspricht,
das abgebildet wird, eine Helligkeit von 100% Sättigung
aufweist, wird die Helligkeitsinformation dieses Signals
auf den Wert geändert, der totales Schwarz anzeigt;
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3. Falls das Signal, das dem Pixel entspricht,
das abgebildet wird, einen Helligkeitspegel in einem
Zwischenbereich zwischen 95% und 100% voller
Skalensättigung anzeigt, so wird die Helligkeitsinformation
dieses Pixels entsprechend einer alternierenden dunklen
und hellen Grauskalenabbildungstechnik wie oben definiert
geändert, woraus sich im allgemeinen ein gemischtes
Muster dunkler und heller Pixel ergibt.
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Wird das modifizierte Bild in einem analogen
Monitor betrachtet, so zeigt das Bild die folgenden
Charasteristiken:
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1. In einem Bereich des Bildes, in dem die
Helligkeit einen Wert von weniger als 95% des Werts
voller Skalensättigung aufweist, erscheint das Bild
normal;
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2. In einem Bereich der Sättigung des Bildes
erscheint ein schwarzer Fleck, der von gemischten
dunklen und hellen Pixeln umgeben ist, und
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3. in Bereichen, in denen der Helligkeitspegel
unter dem Wert voller Skalensättigung, jedoch oberhalb
95% des Werts voller Skalensättigung liegt, gibt es
dunkle und helle Pixel, jedoch keine massiven dunklen
Flecke.
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Diese Bildcharakteristiken machen es der
Bedienungsperson einfach, Bereiche des Bildes zu
identifizieren, an denen Sättigung auftritt, und auch Bereiche,
an denen die Helligkeit ausreichend nahe der Sättigung
ist, um ein Interesse zu rechtfertigen.
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Die gesprenkelte oder nahezu gesättigte Region
trägt auch dazu bei, der Bedienungsperson zu
bestätigen, daß die angrenzenden schwarzen Regionen
tatsächlich eine Sättigung anzeigende Artefakte sind und nicht
tatsächliche Bilder dichter Gewebe wie Knochen oder
Tumor sind.
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Die Praktizierung dieser Erfindung ermöglicht
die Eliminierung des Beurteilungsfaktors in der
Sicherstellung, ob ein Bild Sättigung zeigt und wo
die Sättigung lokalisiert ist.
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Diese Erfindung wird unter Verwendung der oben
erwähnten Ausrüstung mit Digicon 260 und DAS 211 unter
Zuhilfenahme der folgenden spezifischen Erklärung und
Beschreibung angewandt.
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Das DAS 211-System digitalisiert die Helligkeit
jedes ankommenden Bildpixels auf zehn Bits, kann jedoch
nur acht Bits speichern- Infolgedessen ist das DAS 211
mit einem Weg zur Komprimierung dieser
Helligkeitsinformation ausgerüstet. Die Art und Weise, wie das
DAS 211 dies erzielt, besteht in dem Einsatz einer
Nachschlagtabelle. Hiermit kann jedwede eingehende
digitale Helligkeit auf einen anderen vorselektierten
Helligkeitspegel transformiert werden. Im Betrieb gemäß
dem Stand der Technik war diese Transformation für
"technische" Bilder linear, und es wurde infolgedessen
keine tatsächliche Bildverarbeitung technischer Bilder
ausgeführt.
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In der vorliegenden Erfindung wird die Nachschlag
tabelle durch eine ersetzt, die die oben beschriebene
Grauskalatransformation funktional erfüllt. Diese neue
Nachschlagtabelle ist im wesentlichen wie folgt
ausgelegt:
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1. Falls der eingegebene Digitalwert unter 95%
voller Skala liegt, ist das Ausgangssignal wie im Stand
der Technik linear skaliert;
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2. Für Eingangswerte zwischen 95% und 100% voller
Skala alternieren die Ausgangswerte zwischen einem
linearen Wert und Null gemäß einer alternierenden dunklen
und hellen Grauskalen-Abbildungstechnik und
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3. für Eingangswerte mit 100% voller Skala ist
das Ausgangssignal Null. Dies erzeugt den dunklen Fleck
bei Sättigung.
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Die Akquisationstabelle oder -map kann auf zwei
Arten in das DAS 211 eingebracht werden:
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1. Das DAS 211 ermöglicht die Eingabe einer
Akquisationstabelle Punkt für Punkt durch das Tastenfeld
und
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2. die Tabelle kann aus einem Speicher
einkopiert werden.
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Ist die Tabelle einmal im DAS 211 gemeinsam mit
weiteren Tabellen inkorporiert worden, 50 kann jedwede
Tabelle als die spezifiziert werden, die beim
Verarbeiten von "technischen" Bildern benutzt wird.
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FIG. 3 ist ein Flußdiagramm, das generell die
Prozedur zur Präparation für die Durchführung einer
Untersuchung darstellt, die das System 10 verwendet.
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Wie im Feld 40 ausgesagt, wird der Patient
vorbereitet und auf dem Tisch geeignet positioniert. Wie
im Feld 42 angedeutet, wie die Röntgenstrahlquelle dazu
veranlaßt, einen Impuls von Röntgenstrahlen zu emittieren,
und es wird ein "technisches" Bild in der oben allgemein
beschriebenen Weise akquiriert. Im rautenförmigen Feld
44 erfolgt eine Beurteilung, ob der Bereich von
Interesse in der dargestellten technischen Aufnahme zumindest
50% des Helligkeitswertes voller Skala aufweist. Ist die
Antwort NEIN, so zeigt das Feld 46 an, daß der
Strahlungspegel manuell so eingestellt werden sollte, daß der
interessierende Bereich zumindest angenähert 50% des
Helligkeitswerts voller Skala aufweist. Folgend auf eine
solche Einstellung erfolgt eine weitere technische
Aufnahme.
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Falls der interessierende Bereich angenähert 50%
vom vollen Skalenwert aufweist, wird eine weitere
Beurteilung gemäß dem rautenförmigen Feld 48 durchgeführt, die
beinhaltet, ob die Sättigung im technischen Bild vorliegt
oder nicht. Falls ermittelt wird, daß keine Sättigung
vorliegt, springt das Verfahren auf Feld 50, welches den
Wunsch nach Fortfahrung mit der tatsächlichen
Untersuchung anzeigt.
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Falls im technischen Bild eine Sättigung erscheint,
schreitet die Bedienungsperson auf den Schritt fort, der
im Feld 52 angezeigt ist, und die Hinzufügung von
Röntgenstrahlabsorbermaterial unter den gesättigten Bereich
des technischen Bildes beinhaltet, gefolgt vom im Feld 54
angezeigten Schritt, welcher die Wiederholung einer
weiteren technischen Aufnahme und eine erneute Feststellung,
ob Sättigung im darauffolgenden Bild vorhanden ist oder
nicht, beinhaltet.
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In der bevorzugten Ausführung ist das System 10
so modifiziert, daß es die Realisierung der vorliegenden
Erfindung durch manuelle Einfügung der neuen
Akquisationstabelle in das DAS 25 über das Tastenfeld vorsieht,
das mit dieser Komponente verknüpft ist. Wie oben
aufgezeigt, umfaßt die zu modifizierende Komponente das
oben erwähnte DAS 211, das in einem vorprogrammierten
Zustand im Handel erhältlich ist. Die auszuführenden
Schritte wie unten angeführt, werden auf dem DAS 211-
Tastenfeld bewerkstelligt:
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1. Im Haupt-DAS-Menü wähle 11 FAHRE ANDERES PROGRAMM
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2. Fahre EXEC
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3. Bei Bereitschaftszeichen drücke DIR FDO:ACMP.*
(Dies wird sämtliche ACMP Files auflisten.
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Die Akquisationstabellen sind in den ACMP Files
gespeichert, und das Erstellen einer neuen Tabelle resultiert
in einem neuen ACMP File. Schreibe die Namen von
existierenden ACMP Files auf, so daß Du später die neue
identifizieren kannst. Die DAS enthält bereits 3 ACMP Files:
.AZZ, .A00 und .A01.)
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4. Gehe zurück aufs Hauptmenü.
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5. Wähle 8 SYSTEM CHARAKTERISTIKEN
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6. Wähle 4 AKQUISATIONSTABELLEN
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7. Wähle 3 ERZEUGE UND SPEICHERE EINE WEITERE TABELLE
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8. Wähle 1 für TASTENFELD Eingabe.
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9. Nun gib die folgenden Datenpaare ein:
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10. Wenn die DAS nach dem Tabellennamen fragt, benutze
BOLUS AID
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11. Gehe zurück aufs Hauptmenü.
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12. Im Hauptmenü, wähle 8 SYSTEM CHARAKTERISTIKEN
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13. Wähle 5 SELECT SETUP DEFAULTS (SELEKTIERE SETUP
VORGABEN)
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14. Gehe schrittweise durchs Menü bis
"Akquisationstabelle für Technik" erreicht ist
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15. Wähle BOLUS AID Tabelle (BOLUS-Hilfstabelle)
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16. Gehe zurück aufs Hauptmenü.
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An diesem Punkt ist das System derart modifiziert
worden, daß in jedweder manueller Akquisation eines Bildes
wie einer technischen Aufnahme die Erfindung gemäß der
neuen Tabelle implementiert werden wird und das Bild wie
oben beschrieben erscheinen wird. Auch wird nun jedes
beliebig erstellte Protokoll dieselbe Art von Bild er
zeugen.
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Die FIG. 4 zeigt ein Musterbild, das durch
Anwendung der vorliegenden Erfindung gewonnen wurde. Das
Musterbild 100 ist als bildliche Darstellung einer
menschlichen Lunge 102 gezeigt. Der größte Teil des
Bildes zeigt keine Sättigung, wie in der Region 104,
und der Teil des Bildes, der keine Sättigung zeigt,
wird normal dargestellt.
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Ein Teil des Bildes bei 106 zeigt Sättigung, und
die Sättigung ist durch den insgesamt schwarzen
Abschnitt im Bild angezeigt. Die Region 108, die den
gesättigten Bereich umgibt, weist einen Helligkeitswert
auf, der zwischen 95% und 100% der Sättigung liegt und
ist als gesprenkeltes Muster dargestellt.
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Die FIG. 4 zeigt auch eine Luftregion, die
insgesamt bei 110 angezeigt ist. In Fällen, bei denen
die Pixel, die die Luftregion 110 darstellen, hiermit
verbundene Helligkeitssignale aufweisen, die Sättigung
zeigen, wird die Luftregion 110 auf Schwarz
umgeschaltet. Dies eliminiert die exzessive Helligkeit der
Luftregion im Bild und reduziert auch den Umfang an
Helligkeitsinformation, der vom System zu verarbeiten
ist, woraus sich eine Datenrateverbesserung ergibt.
Auch wird, wenn irgendeine Form von
Verstärkungskorrektur im System angewandt wird, die Dunkelgestaltung der
Luftregion den Effekt irgendeiner Streifenbildung
eliminieren, die andererseits resultieren könnte.
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Die FIG. 5 ist Blockschaltbild, das eine
Implementierung einer Sättigungsabbildungsschaltung und
eines Verfahrens für Abbildungssysteme wie digitale
Durchleuchtungssysteme darstellt, die
Detektoranordnungen verwenden, die zahlreiche individuelle
diskrete Detektorelemente aufweisen.
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Analoge Daten von der Detektoranordnung werden
einem Analog/Digital-Wandler 120 zugeführt und durch
ihn digitalisiert. Die digitalisierten Daten werden
dann in die Sättigungskorrekturschaltung eingegeben,
die eine logische Schaltung 122 umfaßt. Die logische
Schaltung 122 enthält eine Schaltung, die eine einfache
Nachschlagtabelle sein kann, die durch einen
Durchschnittsfachmann einfach ausgelegt werden kann, um
Daten, die durch die logische Schaltung geführt
werden, auf einen Null-Wert (schwarz) neu abzubilden,
wenn die digitalisierte Date einem Pixelwert der
Sättigung entspricht, so daß diese Date verworfen wird.
Falls die digitalisierte Date nicht die Sättigung
erreicht, überträgt die logische Schaltung die Date
in nicht modifizierter Form.
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Eine Offset-Korrekturschaltung 126 substrahiert
den Offsetpegel des speziellen Detektorelements, das
vom Bildpixel-Datenwert involviert ist, wobei
sämtliche Werte, die sich nach Durführung dieser
Offsetsubtraktionsoperation als negativ herausstellen, auf
Null gekappt werden.
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Eine Verstärkungskorrekturschaltung 128
multipliziert den Bilddatenwert für das Pixel, der dem
individuellen Detektorelement entspricht, das diesem
Pixel zugewiesen ist, mit einem vorbestimmten
Verstärkungsfaktor, der eindeutig für den betroffenen
Detektor ist.
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Verarbeitete Bilddaten erscheinen auf einer
Ausgangsleitung 130.
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Es ist signifikant, festzustellen, daß die Elemente,
die in FIG. 5 gezeigt sind, parallel für jedes diskrete
Element der Detektoranordnung des digitalen
Durchleuchtungssystems vorhanden sein können, oder es können die
analogen und/oder digitalen Daten bis zu einem
gewissen Grad multiplexiert werden, wobei in diesem Fall
weniger Schaltungsketten (der in FIG. 5 gezeigten Art)
als vorhandene Detektorelemente eingesetzt werden können.
Die FIG. 5 zeigt im Interesse einer einfachen
Darstellung nur eine Schaltungskette.
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Es ist daraufhinzuweisen, daß die Realisation,
die oben präzise beschrieben wurde, nicht die einzige
Möglichkeit darstellt, die Erfindung umzusetzen.
Stattdessen
könnte die vorliegende Erfindung auch durch den
Einsatz einer Mikroprozessorschaltung fester
Konfiguration realisiert werden, denen Auslegung unter
Zuhilfenahme der vorliegenden Offenbarung innerhalb
des Durchschnittskönnens auf diesem Gebiet liegen
würde.
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Es ist auch anzumerken, daß die Erfindung nicht
auf das spezielle Schema der Artefakterzeugung
beschränkt ist, das in Verbindung mit diesem speziellen
Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Es könnten
bedarfsgemäß mehr Arten von Artefakten erzeugt werden. Das
Verfahren zum Erzeugen von Artefakten kann auch anders
als das in dieser Offenbarung beschriebene.
Beispielsweise könnten insofern die gesättigten Abschnitte
des Bildes ein "flaches" Helligkeitsprofil aufweisen,
gesättigte Bereiche durch Gradientenfiltertechniken
lokalisiert werden.
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Es ist auch anzumerken, daß diese Erfindung
keinesfalls auf die speziellen oben beschriebenen
Hardwaresysteme beschränkt ist. Die Erfindung ist
leicht auf die Verwendung irgendeiner Art digitaler
Abbildung, einschließlich digitaler Durchleuchtung,
Ultraschallabbildung, NMR und andere ausdehnbar.