DE4328784C2 - Röntgendiagnostikeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenbildverstärker-Fernsehkette, die eine an einer Fernsehaufnahmeeinrichtung angeschlossene Verarbeitungsschal­ tung mit Bewegungsdetektor aufweist, die Parameter einer Fil­ terstufe zur zeitlichen Filterung des Videosignales steuert. Derartige Röntgendiagnostikeinrichtungen bewirken eine Redu­ zierung des Quantenrauschens, die in Abhängigkeit von der Ob­ jektbewegung gesteuert wird.

Bei derartigen Röntgendiagnostikeinrichtungen wird aus Grün­ den des Strahlenschutzes mit möglichst geringer Dosis gear­ beitet. Dadurch tritt aber das Quantenrauschen als unvermeid­ bare physikalische Grenze der Systeme in Erscheinung. Um die­ ses Quantenrauschen zu vermindern, wird bei Durchleuchtung eine zeitliche Tiefpaßfilterung oder zeitliche Mittelung ein­ gesetzt, wie dies beispielsweise in der DE 34 26 830 A1 be­ schrieben ist. Aufgrund einer Schwellwertschaltung wird dabei detektiert, ob zeitliche Änderungen innerhalb des Videosigna­ les, d. h. Differenzen im Subtraktionsbild, aufgetreten sind. Durch diese Schaltung werden dann bildpunktweise Parameter der Filterschaltung, beispielsweise die Zeitkonstante, verän­ dert, so daß bewegte Bildteile mit geringer Tiefpaßwirkung, aber verrauschte, unbewegliche Bildteile dagegen mit hoher Tiefpaßfilterung und damit rauschreduziert wiedergegeben wer­ den.

Für eine optimale Bildqualität auch bei zeitlichen Vorgängen, wie beispielsweise bei schnellen Bewegungen, muß ein Kompro­ miß zwischen der Dosis, den Bewegungsdarstellungen und der zeitlichen Filterung getroffen werden.

Problematisch hierbei ist jedoch, daß ein Unterschied zwi­ schen der durch Rauschen und der durch Bewegung bedingten Differenz sehr schwierig ist, so daß eine einwandfreie, für die einzelnen Pixel unterschiedliche zeitliche Filterung nur schlecht steuerbar ist.

In der DE 42 40 215 A1 ist für die allgemeine Fernsehtechnik ein automatisches Bildqualitäts-Ausgleichsverfahren und eine Vorrichtung dazu beschrieben, die eine Fuzzy-Logik zur Ver­ besserung der Bildqualität und unter anderem des Signal- Rausch-Verhältnisses einsetzt. Hierzu werden die Helligkeit und die Schärfe des Bildinhaltes sowie das Signal-Rausch-Verhältnis im Videosignal mittels der Fuzzy-Logik analysiert und kompensiert.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagno­ stikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine problemlose Objekterkennung auch vor verrauschtem Hin­ tergrund ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Be­ wegungsdetektor nach den Regeln der unscharfen Logik eine Be­ wegung eines Objektes erkennt und eine Steuerung der Filter­ stufe zur zeitlichen Filterung des Videosignales aufgrund von Regeln der unscharfen Logik bewirkt. Dadurch wird erreicht, daß das Objekt auch bei einem verrauschten Bild sicher er­ kannt wird, so daß bei einer Bewegung des Objektes pixelweise eine unterschiedliche Filterung eingestellt werden kann.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Bewegungsde­ tektor seine Detektion und/oder Steuerung nach den Regeln der Fuzzy-Logik bewirkt und neuronal aufgebaute Netze zur Verbes­ serung der Detektion und Steuerung, insbesondere unter Be­ rücksichtigung von Expertenwissen, enthält. Gerade die Ob­ jekterkennung vor verrauschtem Hintergrund ist eine prädesti­ nierte Anwendung für die Fuzzy Logik.

Ebenso soll die Steuerung der zeitlichen Filterung nach den Regeln der Fuzzy-Logik durchgeführt werden, weil durch den Wegfall von starren Schaltschwellen besser ein störungsfreier Übergang der Zonen mit starker und schwacher zeitlicher Fil­ terung erreicht werden kann. Unnatürlich starke Rauschspitzen können so vermieden werden.

Steuerungen nach den Regeln der Fuzzy-Logik durchzuführen ist beispielsweise aus dem in der Zeitschrift mc, März 1991, Sei­ ten 50-63, erschienenen Artikel "Das Fuzzy-Mobil" bekannt, in dem anhand eines sogenannten Fuzzy-Mobils die Regeln der Fuzzy-Steuerung für Fahrzeuge erläutert wird. Dort ist be­ schrieben, was unter unscharfer Logik zu verstehen ist und welche Regeln für eine Steuerung aufzustellen sind.

Neuro-Computer und ihre Software-Struktur sind ebenfalls be­ reits allgemein bekannt. Als Beispiel mögen der Aufsatz "Networks for Aproximation and Learning", Proceedings of the IEEE, Vol. 78, No. 9, September 1990, oder der Aufsatz "Fast Learning in Networks of Locally-Tuned Processing Units", Neu­ ro-Computation 1, Seiten 281-294, Massachusetts Institute of Technology, 1989, genannt werden. In diesen Aufsätzen werden gleichzeitig Selbstlernmöglichkeiten neuronaler Netze be­ schrieben, die es erlauben, die tatsächlichen Verhältnisse in einer Anlage in bisher nicht möglicher Art regelungstechnisch zu berücksichtigen.

Die Arbeitsweise des Bewegungsdetektors vereinfacht sich, wenn er derart ausgebildet ist, daß er ein Objekt erkennt und lediglich dessen Bewegung detektiert.

In vorteilhafter Weise kann ein Speicher vorgesehen sein, in dem ein Muster wenigstens eines Objektes abgespeichert ist, und der Bewegungsdetektor derart ausgebildet sein, daß er einen Vergleich des aktuellen Videosignales mit dem abgespei­ cherten Signal nach den Regeln der Fuzzy-Logik bewirkt.

Bei einer Umschaltung des Zoom-Formates des Röntgenbildver­ stärkers können die gespeicherten Objekte entsprechend umge­ rechnet werden, wenn eine Recheneinheit vorgesehen ist, die mit dem Bewegungsdetektor verbunden ist, und wenn Einstell­ mittel für die Größe des Abbildungsformates des Röntgenbild­ verstärkers mit der Recheneinheit verbunden sind.

Als weitere Verbesserung beispielsweise bei der Erkennung von Blutgefäßen können anatomische Strukturen als Referenz in einem mit dem Bewegungsdetektor verbundenen Speicher abgelegt werden.

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

In der Figur ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Bewegungsdetektor dargestellt, die eine durch einen Hochspannungsgenerator 1 betriebene Röntgenröhre 2 aufweist, die ein Strahlenbündel 3 aussendet, das einen Pa­ tienten 4 durchdringt. Das durch den Patienten 4 entsprechend seiner Transparenz geschwächte Röntgenstrahlenbild fällt auf den Eingangsleuchtschirm eines Röntgenbildverstärkers 5, der das Röntgenstrahlenbild in ein sichtbares Bild umwandelt. Das auf dem Ausgangsleuchtschirm des Röntgenbildverstärkers 5 entstandene sichtbare Röntgenbild wird über eine zwischenge­ schaltete Optik mit einer Irisblende 6 auf einer Fernsehauf­ nahmevorrichtung 7 abgebildet. An der Fernsehaufnahmevorrich­ tung 7 ist ein Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler 8) ange­ schlossen, der das analoge Videosignal der Fernsehaufnahme­ vorrichtung 7 digitalisiert. An dem A/D-Wandler 8 ist eine erfindungsgemäße Verarbeitungsschaltung 9 angeschlossen, die nachfolgend noch beschrieben wird. Das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 9 wird in einem Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler 10) in ein analoges Signal umgesetzt und auf einem Monitor 11 wiedergegeben.

Die Verarbeitungsschaltung 9 weist eine Filterstufe 12 auf, die eine Integration des Videosignales bewirken kann. Dazu wird das aktuelle Videosignal und das in einem Bildspeicher 13 gespeicherte vorhergehende Videosignal in bekannter Weise beispielsweise durch gleitende gewichtete Mittelwertbildung auf integriert, wobei die Anteilsfaktoren des aktuellen und des gespeicherten Videosignales in Abhängigkeit von einem Steuersignal verändert werden können, so daß sich das Mi­ schungsverhältnis einstellen läßt. Ebenfalls an dem Ausgang des A/D-Wandlers 8 ist ein Bewegungsdetektor 14 angeschlos­ sen, der einen Rechner zur Differenzbildung enthält. Dazu wird die Differenz des aktuellen und des vorhergehenden Vi­ deosignales gebildet. Die Auswertung des Differenzsignals er­ folgt dabei nach den Regeln der Fuzzy-Logik.

Weiterhin kann ein Speicher 15 an dem Bewegungsdetektor 14 angeschlossen sein, in dem Muster von zu untersuchenden Ob­ jekten abgespeichert sein können. Der Bewegungsdetektor 14 untersucht das aktuelle Videosignal nach den Regeln der Fuzzy-Logik, ob dieses Objekt in dem Röntgenbild enthalten ist und stellt dessen Bewegung gegenüber dem Videosignal des vorhergehenden Röntgenbildes fest.

Eine Einspeicherung des Musters oder der Maske kann bei bei­ spielsweise durch eine kurze Testdurchleuchtung, z. B. des Ka­ theters ohne Objekt, mit optimaler Bildqualität erfolgen. Eine Erkennung ist dann sehr einfach und entspricht exakt den tatsächlichen Gegebenheiten.

Genauso ist es möglich, eine Kontrastmittelfüllung als anato­ mische Maske zu verwenden, da sich bei der nachfolgenden Durchleuchtung ohne Kontrastmittel z. B. der Führungsdraht nur in diesen Bildbereichen bewegen kann.

Dieses Musterbild kann nur als Referenz für die nachfolgende Objekterkennung mit Patienten im verrauschten Bild dienen. Spätere Objektverformungen oder Bewegungen der Organe haben nur einen geringen Einfluß auf die Erkennungsfähigkeit des Musters.

Aufgrund dieser Bewegungsdetektion werden bildpunktweise die Parameter der Filterstufe 12 derart verändert, daß in weniger bewegten Bildbereichen eine starke Filterung und in stark be­ wegten Bildbereichen, insbesondere des Objektes, eine gerin­ gere Filterung erfolgt. Dadurch wird in dem unbewegten Teil und dem Hintergrundteil des Röntgenbildes eine starke Rausch­ reduktion erreicht, während im interessierenden Bereich Bewe­ gungsunschärfen vermieden werden.

Da bei geringen Bewegungen eine starke Rauschreduktion durch die Verarbeitungsschaltung 9 erfolgt, kann im Durchleuch­ tungsbetrieb mit geringer′ Röntgendosisleistung gefahren wer­ den. Bei starken Bewegungen dagegen ist es vorteilhaft, die Röntgendosisleistung zu erhöhen, damit das Quantenrauschen nicht stört. Gleichzeitig muß aber die Irisblende 6 den Lichtfluß verringern, damit eine Übersteuerung der Fern­ sehaufnahmevorrichtung 7 vermieden wird und das mittlere Vi­ deosignal konstant bleibt.

Diese Steuerung der Dosisleistung des Hochspannungsgenerators 1 sowie der Irisblende 6 übernimmt eine Steuervorrichtung 16, die eine Dosisleistungsregeleinrichtung 17 und eine Blenden­ steuereinrichtung 18 aufweist. Der Dosisleistungsregelein­ richtung 17 werden das Ausgangssignal des Bewegungsdetektors 14 und das digitale Bildsignal der Filterstufe 12 zugeführt.

Die Ausgangswerte der Filterstufe 12 dienen zur Konstanthal­ tung der mittleren Bildhelligkeit unter Berücksichtigung der in der Röntgentechnik üblichen Meßdominante. Hierfür werden die Spannung und der Strom der Röntgenröhre 2 im Röntgengene­ rator 1 gesteuert.

Der Ausgangswert des Bewegungsdetektors 14 beeinflußt auch die Regelung der Röntgendosisleistung des Röntgengenerators 1 derart, daß bei großer Bewegung die Dosisleistungswerte des Röntgengenerators zusätzlich erhöht werden. Gegensinnig dazu wird die Blendensteuereinrichtung 18 veranlaßt, die Iris­ blende 6 zu schließen und dadurch die auf die Fernsehaufnah­ mevorrichtung 7 auftreffende Lichtmenge zu reduzieren.

Etwaige Größenänderungen des Objektes beispielsweise im Be­ trieb mit Umschaltung des Zoomformates am Röntgenbildverstär­ ker 5 lassen sich durch Änderung der Skalierung berücksichti­ gen. Dazu können die durch eine Spannungsversorgung 19 er­ zeugten Elektrodenspannungen des Röntgenbildverstärkers 5 über Einstellmittel 20 derart beeinflußt werden, daß das Röntgenstrahlenbild als Röntgenbild mit unterschiedlicher Größe wiedergegeben werden kann. Die Einstellmittel 20 sind mit einer Recheneinheit 21 verbunden, durch die die Größe des im Speicher 15 gespeicherten Musters des Objektes entspre­ chend der Größenänderung des Röntgenbildes verändert wird.

Als weitere Steigerungsmöglichkeit lassen sich beispielsweise zur Erkennung von Blutgefäßen auch anatomische Strukturen als Referenz für die Objekterkennung hinterlegen.

Eine weitere Steigerungsmöglichkeit in Richtung Dosisreduk­ tion bzw. Bildverbesserung läßt sich über die beschriebene Objekterkennung durchführen. Mit Hilfe der Kenntnis über das darzustellende Objekt läßt sich z. B. durch Vorfilterung der Röntgenstrahlung im Umfeld des Objekts eine weitere Reduzie­ rung der Dosisbelastung erzielen.

Claims (7)

1. Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenbildver­ stärker-Fernsehkette (5 bis 11), die eine an einer Fern­ sehaufnahmeeinrichtung (7) angeschlossene Verarbeitungs­ schaltung (9) mit Bewegungsdetektor (14) aufweist, die Para­ meter einer Filterstufe (12) zur zeitlichen Filterung des Vi­ deosignales steuert, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bewegungsdetektor (14) nach den Regeln der unscharfen Logik eine Bewegung eines Objektes er­ kennt und eine Steuerung der Filterstufe (12) zur zeitlichen Filterung des Videosignales aufgrund von Regeln der unschar­ fen Logik bewirkt.

2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (14) seine Detektion und/oder Steuerung nach den Regeln der Fuzzy-Logik bewirkt.

3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (14) neuronal aufgebaute Netze zur Verbesserung der Detektion und Steuerung, insbesondere unter Berücksichtigung von Expertenwissen, enthält.

4. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (14) derart ausgebildet ist, daß er ein Objekt erkennt und dessen Bewegung detektiert.

5. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (15) vorgesehen ist, in dem ein Muster wenigstens eines Objektes abgespeichert ist und daß der Bewegungsdetektor (14) derart ausgebildet ist, daß er einen Vergleich des aktuellen Videosignales mit dem abgespeicherten Signal nach den Regeln der Fuzzy-Logik bewirkt.

6. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß eine Recheneinheit (21) vorgesehen ist, die mit dem Bewegungsdetektor (14) verbunden ist, und daß Einstellmittel (20) für die Größe des Abbildungsformates des Röntgenbildverstärkers (5) mit der Recheneinheit (21) verbun­ den sind, so daß bei Umschaltung des Zoom-Formates des Rönt­ genbildverstärkers (5) die gespeicherten Objekte entsprechend umgerechnet werden.

7. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß anatomische Strukturen als Referenz in einem mit dem Bewegungsdetektor (14) verbundenen Speicher (15) abgelegt werden.