DE4402240B4

DE4402240B4 - System und Verfahren zur digitalen Röntgenbilderstellung

Info

Publication number: DE4402240B4
Application number: DE4402240A
Authority: DE
Inventors: Rika Baba; Ken Ueda; Hisatake Yokouchi; Yoichi Onodera; Keiji Umetani; Masayuki Tsuneoka
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: DE4402240A1; US5485500A

Abstract

Digitales Röntgenbilderstellungssystem mit:
einer Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung (3);
einer Röntgenstrahlgenerator-Steuereinrichtung (2) zum Steuern der Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung;
einer Röntgendetektoreinrichtung (16) zum Erfassen eines durch eine Person (17) hindurchgestrahlten Röntgenstrahls, welche Einrichtung ein Röntgengitter (6) zum Abschirmen gestreuter Röntgenstrahlen aufweist;
einer Ausgangssignal-Verarbeitungseinrichtung (11) zum Erfassen des Signals von der Röntgendetektoreinrichtung und zum Verarbeiten des Signals, um ein digitales Röntgenbild der von der Röntgenstrahlung durchstrahlten Person zu erhalten;
einer Anzeigeeinrichtung (12) zum Darstellen eines Bildes betreffend die Person, wie es von der Signalverarbeitungseinrichtung erhalten wird;
einer Positionsänderungseinrichtung (14) zum Verändern der Relativposition zwischen der Röntgendetektoreinrichtung und der Person;
einer Positionsänderungs-Steuereinrichtung (15) zum Steuern der Positionsänderungseinrichtung; und
einer Bildfolge-Steuereinrichtung (1) zum Steuern der Positionsänderungs-Steuereinrichtung und der Röntgenstrahlgenerator-Steuereinrichtung;
wobei die Bildfolge-Steuereinrichtung eine solche Steuerung vornimmt, daß sie mehrere Bilderstellungsgesichtsfelder so einstellt, daß jeder von mehreren interessierenden Bereichen der Person im Wesentlichen im zentralen Bereich der Röntgenerfassungsebene der Röntgendetektoreinrichtung liegt,...

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur digitalen Röntgenbilderstellung, die insbesondere zum Abbilden eines großen Gesichtsfeldes wie des Brustbereichs eines Erwachsenen geeignet sind.
Herkömmliche Verfahren zum Aufnehmen von Bildern einer Person durch Durchstrahlen derselben mit Röntgenstrahlen sind in Verfahren unter Verwendung eines Röntgenfilms und in Digitalradiographie(nachfolgend mit "DR" abgekürzt)-Verfahren zum Aufnehmen eines digitalen Röntgenbilds unterteilt. Es wird erwartet, daß DR-Verfahren das Diagnosevermögen durch Verwendung von Bildbearbeitung verbessern und daß mit ihnen Röntgenbilder elektronisch aufgezeichnet, abgespeichert und gesucht werden können. Es sind verschiedene Brust-DR-Verfahren bekannt, zu denen die folgenden gehören: ein Filmdigitalisierverfahren, bei dem ein auf einem Röntgenfilm aufgenommenes Bild digitalisiert wird; ein Speicherleuchtstoff-Digitalverfahren, bei dem ein Speicherleuchtstoff anstelle des Röntgenfilms verwendet wird und das latente Bild von einem Laserstrahl zum Lesen und zum Erzeugen eines sichtbaren Bilds abgetastet wird, ein Abraster-Bildverfahren, bei dem eine Kombination aus einem eindimensionalen Röntgenstrahl und einem eindimensionalen Detek torarray verwendet wird; und ein Verfahren mit Röntgenbildverstärker und Fernsehkamera (nachfolgend als Röntgenstrahl-II-TV-Verfahren bezeichnet), das eine Kombination aus einem Röntgenbildverstärker (nachfolgend mit "Röntgen-II" abge kürzt) zum Umwandeln eines Röntgenbilds in ein optisches Bild und zum Verstärken desselben, und einer Fernsehkamera zum Umwandeln des verstärkten optischen Bildes in elektrische Signale verwendet.
Von diesen DR-Verfahren wird das Röntgenstrahl-II-TV-Verfahren auch als sogenanntes Echtzeit-DR-Verfahren bezeichnet, das die Funktion des direkten Darstellens und Abspeicherns eines aufgenommenen Bildes hat und das über die kürzeste Zeit zum Aufnehmen und Verarbeiten eines Bildes verfügt. Daher können erfolgreiche oder fehlgeschlagene Bildaufnahmen direkt beurteilt werden, und dieses Verfahren ist wegen der für eine Untersuchung erforderlichen kurzen Zeitspanne für Reihenuntersuchungen geeignet. Es ist auch für dringende Überprüfungen sowie für Routineuntersuchungen wie auch für genaue Diagnose in Krankenhäusern geeignet, da es nur kurze Zeit erfordert, um die Bilderstellungsergebnisse zu erhalten, und es ist möglich, Funktionen vorzusehen wie Bildfolgeerstellung, dynamische Bilderstellung, Fluoroskopie und dergleichen neben der schnellen Diagnose. Die anderen Verfahren neben dem Röntgenstrahl-II-TV-Verfahren erfordern 30 Sekunden oder mehr für die Bilderstellung und zum Lesen von Bilddaten.

Z. B. ist aus Electromedica, Vol. 60 (1992), No. 1, S. 2–5 die Verwendung eines Röntgenstrahl-II-TV-Verfahrens zum Erzielen eines Röntgenbildes in einem Bildzielbereich bekannt, der größer ist als das Gesichtsfeld des Röntgendetektors, und zwar durch mehrfaches Unterteilen des Bereichs, während die Relativpositionen zwischen dem Röntgendetektor und einer Person verändert werden. Gemäß dieser Technik liegt eine Person in Rückenlage auf einem Bett und die Röntgenquelle und der Röntgendetektor werden in Einklang miteinander in einer Richtung bewegt, z. B. parallel zur Längsrichtung der Person. z. B. wird ein Angiogramm der unteren Extremitäten mehrfach bereichsweise abgebildet und mehrere erhaltene Bilder werden zusammengesetzt, um sie als ein Gesamtbild darzustellen.

Obwohl das vorstehend beschriebene Röntgenstrahl-II-TV-Verfahren hervorragende Vorteile aufweist, bestehen bei herkömmlichen DR-Verfahren die Probleme, daß das Gesichtsfeld und die räumliche Auflösung schlechter als bei anderen Verfahren sind. Es ist technisch schwierig, einen Röntgenbildverstärker herzustellen, der mit großem Gesichtsfeld ein Bild höchster Auflösung aufnehmen kann. Als Röntgenbildverstärker mit einem Gesichtsfeld von ungefähr 40 cm·40 cm, wie er zum Abbilden des Brustbereichs erforderlich ist, ist ein Röntgenbildverstärker mit einem Gesichtsfeld von 47 cm in Radiology, Vol. 171, No. 2 (Mai 1989), S. 297–307 beschrieben. Dieser Röntgenbildverstärker hat jedoch eine räumliche Auflösung, die schlechter als bei anderen Verfahren ist. Ein anderes Problem, das in Verbindung mit einem Röntgenbildverstärker besteht, ist dasjenige, daß sich die räumliche Auflösung an einer Position um so stärker verschlechtert, je weiter die Position von der Mitte des Gesichtsfeldes weg liegt. Daher bildet dann, wenn Lungen abgebildet werden, der mittlere Bereich des Röntgenbildverstärkers mit hoher Auflösung den mittleren Bereich des Mediastinalraums ab, wohingegen der Randbereich des Röntgenbildverstärkers mit geringerer Auflösung das Lungenfeld abbildet.

Mit der in Electromedica, Vol. 60 (1992), No. 1, S. 2–5 angegebenen Technik werden Bilder (Photographien) eines Zielbereichs, die unterteilt mehrfach aufgenommen wurden, zerschnitten und zusammengeklebt, und sie werden nicht von einem Computer bildverarbeitet. Daher sind die Bilddichten in Bereichen entlang den Vereinigungslinien diskontinuierlich, so daß die Bildqualität des Gefäßsystems nahe den Bereichen entlang dieser Vereinigungslinien schlecht ist. Darüber hinaus berücksichtigt es diese Technik nicht, daß beim Abbilden mehrerer interessierender Bereiche der mittlere Bereich des Röntgenbildverstärkers eine höhere Auflösung aufweist.

Beim vorstehend beschriebenen Verfahren mit unterteilten Bildern sind die die Person durchstrahlende Röntgenstrahlenbündel keine Parallelbündel sondern divergierende Bündel. Da die Röntgenquelle und der Röntgendetektor relativ zur Person bewegt werden, laufen divergierende Röntgenstrahlbündel mit verschiedenen Einfallswinkeln durch dieselbe Position an einer Person, wenn mehrfach Bilder von der Person aufgenommen werden. Diese verschiedenen Einfallswinkel von Röntgenstrahlbündeln erzeugen einen Positionierfehler des Bildes der Person in Tiefenrichtung, wobei es nicht möglich ist, mehrere Bilder korrekt zusammenzusetzen.

Dieses Problem wird detailliert unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Eine Röntgenstrahlquelle 3 und ein Röntgendetektor 16 werden im Einklang miteinander parallel zu einer in Rückenlage befindlichen Person 17 bewegt. Wie oben beschrieben, sind Röntgenstrahlbündel, die durch die Person 17 hindurchdringen, divergierende Bündel. Daher läuft dann, wenn sich die Röntgenstrahlquelle 3 an einem Punkt A befindet, ein Röntgenstrahlbündel 21, das an einer Position an einem Punkt P an der Bauchseite einfällt, zur Position an einem Punkt Q an der Rückenseite durch, wohingegen dann, wenn die Röntgenstrahlquelle 3 sich am Punkt B befindet, ein auf die Position an einem Punkt P auf der Bauchseite auftreffender Röntgenstrahl 22 zur Position am Punkt R auf der Rückenseite hindurchläuft. Da ein Röntgenbild als Röntgentransmissionsbild er halten wird, ist dann, wenn die an den Positionen A und B der Röntgenstrahlquelle 3 aufgenommenen Bilder durch Übereinandersetzen der zwei Punkte P auf der Bauchseite zusammengesetzt werden, das zusammengesetzte Bild nicht korrekt, da auf der Rückenseite die Punkte Q und R vereinigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Echtzeit-DR-Bilderstellungssystem zu schaffen, mit dem ein Röntgenbild eines Zielbereichs erhalten werden kann, dessen Gesichtsfeld größer als dasjenige eines Röntgendetektors ist, und zwar durch korrektes Zusammensetzen mehrerer Bilder, die unterteilt zu mehreren Zeitpunkten aufgenommen wurden, während die Relativpositionen zwischen dem Röntgendetektor und der Röntgenquelle verändert wurden.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur digitalen Röntgenbilderstellung anzugeben.

Die Erfindung ist für das System durch die Lehre von Anspruch 1 und für das Verfahren durch die Lehre von Anspruch 14 gegeben.

Beim erfindungsgemäßen digitalen Röntgenbilderstellungssystem wird jeder von mehreren abzubildenden Zielbereichen im Wesentlichen im mittleren Bereich des Gesichtsfeldes der Röntgendetektoreinheit abgebildet. Es ist daher möglich, für jeden Zielbereich ein Bild unter optimalen Bedingungen und damit mit optimaler Qualität zu erhalten. Wenn der zu untersuchende Bereich der Brustbereich eines Menschen ist, werden das rechte und linke Lungenfeld jeweils im Wesentlichen im mittleren Bereich des Gesichtsfeldes der Röntgendetektoreinheit abgebildet. Es ist daher möglich, ein korrekteres Bild des Lungenfelds zu erhalten, das das Diagnosevermögen für das Lungenfeld verbessert.

Da der Zwischenbereich zwischen mehreren abzubildenden Zielbereichen in mindestens einem Bilderstellungs-Gesichtsfeld vorhanden ist, existiert kein fehlender Teil im Gesichtsfeld, was es erlaubt, alle erforderlichen Bereiche abzubilden. Unter Verwendung eines hochauflösenden Röntgenstrahl-II-TV-Systems sind unmittelbare Anzeige und Diagnose möglich, was den Durchsatz verbessert. Es ist möglich, ein Bild mit größerem Gesichtsfeld als demjenigen der Röntgendetektoreinheit zu erhalten, das beide Lungenflügel abdeckt, wozu mehrere radiographische Belichtungen verwendet werden.

Durch Zusammensetzen mehrerer Bilder ist eine Diagnose durch eine Anzeigeeinheit möglich. Durch Korrigieren der Empfindlichkeit der Röntgendetektoreinheit sowie der geometrischen Verzerrung und der Dichte eines Bildes ist es möglich, ein digitales Röntgenbilderstellungssystem zu realisieren, das dazu in der Lage ist, die Bilddiskontinuität in Verbindungsbereichen zu verringern und mit dem eine genauere Diagnose ausgeführt werden kann.

Wenn die Röntgenquelle und eine Person unbeweglich sind, verfügt die Röntgendetektoreinheit über eine Konstruktion, durch die die Relativposition zwischen ihr und der Person verändert wird, um das Röntgengitter im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Mittellinie während der Belichtungen einzustellen, die durch die Mitte der Röntgeneingangsebene des Röntgengitters und der Röntgenquelle hindurchgeht. Daher ändert sich der Einfallswinkel eines Röntgenstrahlbündels an derselben Position einer Person bei jeder von mehreren radiographischen Belichtungen nicht, wodurch keine Verzerrung in Tiefenrichtung der Person hervorgerufen wird. Es ist daher möglich, mehrere Röntgenbilder dadurch richtig zusammenzusetzen, daß die Ungleichförmigkeit der Empfindlichkeit der Röntgendetektoreinheit und die geometrische Verzerrung in den Bildbereichen korrigiert werden, die in mehreren Rönt genbildern enthalten sind.

An der Vorderseite der Röntgendetektoreinheit ist ein Röntgengitter ausgebildet. Dieses das Abbildungsgesichtsfeld abdeckende Röntgengitter läßt Röntgenstrahlung wirkungsvoll durch, schirmt aber gestreute Röntgenstrahlen ab. Infolgedessen können selbst dann, wenn die Röntgendetektoreinheit bewegt wird, gestreute Röntgenstrahlen wirkungsvoll vom Röntgengitter abgeschirmt werden. Unter Verwendung eines hochauflösenden Röntgenstrahl-II-TV-Systems werden direkte Bilddarstellung und -diagnose möglich, was den Diagnosedurchsatz verbessert. Durch Bewegen der Position des Röntgenstrahlspalt es kann eine unnötige Röntgenbestrahlung der Person verhindert werden.

Erfindungsgemäß kann ein großer Bereich wie ein Lungenfeld in Echtzeit mit hoher räumlicher Auflösung abgebildet werden, wobei direkte Bilderstellung und -diagnose zur Verfügung gestellt werden. Es ist daher möglich, erneute Bildaufnahme auszuführen und die Abbildungsbedingungen zu ändern, was genaue Diagnose zuläßt. Bei Brustbereichs-DR oder dergleichen können Röntgenstrahlen wirkungsvoll und direkt durchgestrahlt werden, und gestreute Röntgenstrahlen können abgeschirmt werden, während Röntgenstrahlen außerhalb des Abbildungs-Gesichtsfeldes abgeschirmt werden. Daher kann eine unnötige Röntgenbestrahlung einer Person verhindert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines digitalen Röntgenbilderstellungssytems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm für die Bilderstellung in Bezug auf eine Person und für die Bewegung einer Röntgendetektoreinheit beim digitalen Röntgenbilderstellungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Algorithmus für Bildkorrektur und Bildzusammensetzung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Standardschablone bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5A, 5B und 5C sind Diagramme, die Beispiele für Verbindungspunkte bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Zusammenfügen von Bildern gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
7A, 7B, 7C, 7D und 7E sind Diagramme zum Erläutern einer Dichtekorrektur und von Korrekturfaktoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 und 9 veranschaulichen Positionsänderungs-Bewegungsbahnen von Röntgendetektoreinheiten, bei denen die Positionen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung geändert werden;
10 und 11 sind Draufsichten auf Röntgenbilderstellungssysteme gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
12 ist ein Diagramm, mit dessen Hilfe Schwierigkeiten erläutert wurden, wie sie bei herkömmlichen Techniken auf treten.
1 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines Brustbereich-Röntgenbilderstellungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das Brustbereich-Röntgenbilderstellungssystem dieses Ausführungsbeispiel enthält u. a. die folgenden Komponenten: eine Bildfolgesteuerung 1, einen Röntgenröhre-Hochspannungsgenerator 2, eine Röntgenröhre 3, eine Röntgenstrahliris und ein Filter 4, einen Röntgenstrahlspalt 5, ein Röntgengitter 6, einen Röntgenbildverstärker 7, eine optische Linse und eine Spiegeleinheit 8, eine Iris 9, eine höchstgenaue Fernsehkamera 10, eine Bilderfassungs- und -bearbeitungseinheit 11, eine Bildanzeigeeinheit 12, eine Datenspeichereinheit 13, einen Positionsänderungsmechanismus 14 zum Einstellen der Position einer durch eine gestrichelte Linie umrandeten Röntgendetektoreinheit 16 und eine Positionsänderungssteuerung 15.
Die Körperhaltung einer Person bei der Bilderstellung ist stehende Haltung oder Rücken- oder Bauchlage in einem Bett. Bei stehender Haltung ist die Röntgeneinfallsebene der Röntgendetektoreinheit im wesentlichen senkrecht auf dem Boden stehend (wie in 1 dargestellt). Im Fall einer Rücken- oder Bauchlage werden Röntgenstrahlen der Person von oben oder unten zugeführt, und der Detektor ist über oder unter dem Bett angeordnet. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel bewegt sich die Röntgendetektoreinheit 16 rechtwinklig zur Zeichenebene (parallel zum Boden), um von einer Person mehrfach ein Bild zu erstellen.
Die Fernsehkamera 10 verwendet als Bildaufnahmeelement eine hochauflösende Bildaufnahmeröhre 20. Der Röntgenbildverstärker 7 verfügt über einen wirksamen Durchmesser seines Gesichtsfeldes von ungefähr 35 cm (ungefähr 14 Zoll) entsprechend einem Gesichtsfeld, das einen einzelnen Lungenflügel und den Mediastinalraum abdeckt. Die Röntgeneinfallsebene der Röntgendetektoreinheit 16 ist vertikal zum Boden und zur Mittellinie stehend angeordnet, die die Röntgenröhre und die Mitte der Röntgeneinfallsebene miteinander verbindet.
Nachfolgend wird die Funktion jeder Komponente summarisch beschrieben.
Die Bildfolgesteuerung 1 legt eine Bildfolge für die Röntgendetektoreinheit 16 zur Röntgenabbildung eines einzelnen Lungenflügels (rechter oder linker Lungenflügel) und des Mediastinalraums in zwei vorgegebenen Positionen fest, d. h., sie legt die Breite und die Dauer zweier Röntgenimpulse, die Amplitude der Hochspannung (Röntgenröhrenspannung), die Stärke des Röhrenstroms und die Positionsänderung der Röntgendetektoreinheit 16 fest. Die Positionsänderungssteuerung 15 steuert den Positionsänderungsmechanismus 14 so, daß die Röntgendetektoreinheit 16 in den zwei vorgegebenen Positionen während der Röntgenbilderstellung ruhig gehalten wird und sie in der Zeitspanne während der zwei Röntgenstrahlimpulse verstellt wird. Auf diese Weise kann Röntgenbilderstellung zu zwei Zeitpunkten der Reihe nach in zwei Positionen ausgeführt werden.
Der Röntgenstrahlspalt 5 verfügt über eine vorgegebene Breite, durch die ein Röntgenstrahlbündel hindurchgestrahlt wird, und er ist so ausgebildet, daß er sich in einer Richtung bewegen kann und seine Position innerhalb des veränderten Abbildungsbereichs ändert.
Der Hochspannungsgenerator 2 erzeugt eine Spannung und einen Strom abhängig von der Bildfolge, und die Röntgenröhre 3 erzeugt einen zugehörigen Röntgenstrahl. Der durch die Person 17 gestrahlte Röntgenstrahl wird dem Röntgenstrahlverstärker 7 über das Röntgengitter 6 zugeführt, durch das der Röntgen strahl dadurch abgeschwächt wird, daß gestreute Röntgenstrahlen ausgeblendet werden. Ein auf einen Eingangs-Leuchtstoffschirm 18 des Röntgenbildverstärkers 7 projiziertes Röntgenbild wird in ein sichtbares Bild auf einem Ausgangs-Leuchtstoffschirm 19 umgesetzt. Die optische Linse und die Spiegeleinheit 8 fokussieren das sichtbare Bild auf die Fernsehkamera 10, die das Bild in ein Videosignal umsetzt, das in die Bilderfassungs- und -bearbeitungseinheit 11 einzugeben ist.
In der Bilderfassungs- und -bearbeitungseinheit 11 wird das Videosignal A/D-umgesetzt und in einem internen Rahmenspeicher abgespeichert. Geometrische Verzerrungen und Bildpegel(Schwärzegrad)-Abschattungen der zwei digitalen Röntgenbilder, wie sie aufgrund der Eigenschaften der Röntgendetektoreinheit vorliegen, werden korrigiert. Die zwei korrigierten Bilder werden so zusammengesetzt, daß diejenigen Bereiche, die in den zwei Bildern gemeinsam vorhanden sind, bildverarbeitet werden, auf der Bildanzeigeeinheit 12 dargestellt werden und in der Datenspeichereinheit 13 abgespeichert werden. Die Datenanzeigeeinheit 12 stellt entweder das Bild eines einzelnen Lungenflügels, ein zusammengesetztes Bild oder ein Bild dar, das aus den zusammengesetzten Bildern des rechten und linken Lungenflügels besteht.
2 veranschaulicht ein Beispiel für eine Positionsänderungsfolge bei der Bilderstellungsfolge. Sowohl die Position der Röntgenstrahldetektoreinheit 16, die den Bereich eines Lungenflügels und den Mediastinalraum abdeckt (Position A) als auch die Position, bei der der Bereich des anderen Lungenflügels und der Mediastinalraum abgedeckt werden (Position B), werden vorab festgelegt. Typischerweise liegen die Positionen A und B rechts und links an einer Person, 85 mm von deren mittlerer Linie entfernt.
Zunächst wird die Position der Röntgendetektoreinheit 16 auf die Position A gesetzt. Bei der typischen Betriebsweise der in 2 dargestellten Fernsehkamera wird ein Videosignal mit 30 Rahmen pro Sekunde und 1000 Abtastzeilen pro Rahmen gelesen. Die Lesezeitspanne beträgt 33 ms, und die Röntgenbestrahlungszeit beträgt 5 ms. Die Bestrahlungszeit kann z. B. ungefähr 30 ms eingestellt werden. In demjenigen Rahmen (oder Vollbild), zu dem ein Röntgenstrahl eingestrahlt wird, wird die Bildausleseabtastung durch den Rahmenaustastvorgang der Fernsehkamera angehalten, um ein Röntgenbild auf einem Bildaufnahmeschirm aufzuzeichnen. Im nächsten Rahmen wird der Rahmenaustastvorgang beendet, und die Bildausleseabtastung wird ausgeführt, um erste Bilddaten auszulesen und sie in der Bilderfassungs- und -bearbeitungseinheit abzuspeichern. Danach wird die Röntgendetektoreinheit 16 zur Position B verstellt. Die mittlere Verstellgeschwindigkeit beträgt typischerweise ungefähr 50 cm/s, und es erfordert ungefähr 330 ms, um die Einheit 16 zu verstellen. Nachdem sie in die Position B gestellt ist, werden zweite Bilddaten auf ähnliche Weise wie im Fall der Position A erfaßt.
3 veranschaulicht ein Beispiel für einen Bildzusammensetzalgorithmus. Dieser Algorithmus enthält einen Bildkorrekturprozeß zum Korrigieren von Empfindlichkeitsunterschieden und geometrischen Verzerrungen in mehreren digitalen Röntgenbildern sowie einen Bildzusammensetzprozeß zum Zusammensetzen der mehreren digitalen Röntgenbilder durch Ausrichten gemeinsamer Bereiche in den Bildern und zum Korrigieren der Bildschwärzegrade.
Der Bildkorrekturprozeß 320 ist in einen Vorprozeß 300 zum Erzeugen von Korrekturtabellen vor der Röntgenbildaufnahme eines Brustbereichs sowie in einen Nachprozeß 310 zum Korrigieren von Bilddaten unterteilt. Der Vorprozeß 300 erzeugt eine Ungleichmäßigkeitskorrekturfaktor-Tabelle (302) zum Korrigieren von Bildempfindlichkeitsungleichmäßigkeiten (301-1, 302-2, ...) und eine Entsprechungsposition-Beziehungstabelle (304) zum Korrigieren geometrischer Bildverzerrungen (305-1, 305-2, ...). Um die Ungleichmäßigkeitskorrekturfaktor-Tabelle (302) zu erzeugen, wird eine Standardschablone mit gleichmäßiger Röntgenstrahldurchlässigkeit abgebildet (301). Um die Entsprechungsposition-Beziehungstabelle (304) zu erzeugen, wird eine Standardschablone mit Elementen (wie Löchern) an bekannten Positionen abgebildet (303).
Um die Ungleichmäßigkeitskorrektorfaktor-Tabelle zu erzeugen, wird die Standardschablone mit der gleichmäßigen Röntgenstrahldurchlässigkeit abgebildet, um für jedes vom Detektor erfaßte Pixel einen Bildpegel(Schwärzegrad)-Datenwert zu erstellen. Der gemessene Datenwert selbst oder der gemessene Datenwert nach Beseitigung höherfrequenter Störsignale aus diesem durch Glätten wird in der Ungleichmäßigkeitskorrekturfaktor-Tabelle abgespeichert. Die Bilddaten D(x, y) einer Person ergeben sich durch die folgende Gleichung (1) im x-y-Koordinatensystem des Röntgenstrahldetektors: D(x, y) = {T(x, y) + S(x, y)}·H(x, y) + A(x, y) (1),wobei A(x, y) die Intensität des emittierten Röntgenstrahls bedeutet, T(x, y) die Verteilung der Röntgenstrahldurchlässigkeit der Person bedeutet und S(x, y) die Verteilung gestreuter Röntgenstrahlen bedeutet. Die Bilddaten B(x, y) der Schablone mit gleichmäßiger Röntgenstrahldurchlässigkeit ist durch die folgende Gleichung (2) gegeben: B(x, y) = k·H(x, y)·A(x, y) (2),wobei k eine Konstante ist.
Z. B. wird für die Ungleichmäßigkeitsfaktor-Berechnung die linke Seite der folgenden Gleichung (3) ausgerechnet: 1nD(x, y) – 1nB(x, y) = 1n{T(x, y) + S(x, y)} – 1nk (3).
Das Korrekturergebnis ist die rechte Seite der Gleichung (3). In diesem Fall bleibt die Verteilung S(x, y) der gestreuten Röntgenstrahlen unkorrigiert. Als Verfahren zum Korrigieren der Verteilung gestreuter Röntgenstrahlen besteht ein Verfahren, bei dem die tatsächlich gemessene Verteilung gestreuter Röntgenstrahlen in die Gleichung (3) eingesetzt wird. Alternativ kann, wie dies später beschrieben wird, die Verteilung gestreuter Röntgenstrahlen dadurch korrigiert werden, daß die Schwärzegraddifferenz zweier Bilder an einem Vereinigungspunkt korrigiert wird, wenn mehrere Bilder zusammengesetzt werden.
Um die Entsprechungsposition-Beziehungstabelle zu erzeugen, wird eine Standardschablone mit Elementen an bekannten Positionen abgebildet. Das Bild der Standardschablone wird analysiert, damit die Richtung und die Größe der Verzerrung jeder Elementposition bekannt sind. Die Entsprechungspositionsbeziehung zwischen dem Bild einer Person und dem Bild der Standardschablone wird in der Entsprechungspositions-Beziehungstabelle abgespeichert, wobei die Koordinatenwerte jedes Elements als Parameter verwendet werden. Diese Tabelle wird unter Verwendung der Koordinatenwerte aller Pixel des Bildes der Standardschablone auf die folgende Weise erzeugt.
Da Pixel eines verzerrungskorrigierten Bildes nicht alle den einzelnen Positionen des gemessenen Bildes der Standardschablone entsprechen, werden die entsprechenden Koordinatenwerte aus benachbarten bekannten einzelnen Positionen durch Interpolations- und Extrapolationsberechnungen abgeschätzt. Für die Interpolations- und Extrapolationsberech nungen können verschiedene Interpolationsverfahren verwendet werden wie eine Interpolation mit nächsten Nachbarn, die Lagrange-Interpolation, eine Abtastfunktionsinterpolation und eine Keilinterpolation.
4 zeigt ein Beispiel für eine Standardschablone. Diese Standardschablone verfügt an mehreren Gitterpunkten 140 über Löcher. In diesem Fall sind die Koordinatenwerte der Gitterpunkte als Parameter in der Entsprechungspositionstabelle gespeichert. Andere Koordinatenwerte an Positionen außer den in der Tabelle abgespeicherten Gitterpunkten werden durch Interpolation und Extrapolation berechnet. Wenn Lagrange-Interpolation mit vier Gitterpunkten verwendet wird, wie durch 4 veranschaulicht, werden die Koordinatenwerte von Pixeln in einem schräg schraffierten Bereich 144, die von vier Gitterpunkten innerhalb eines kreisförmigen Gesichtsfeldes 42 umgeben sind, durch Interpolation berechnet, und die Koordinatenwerte von Pixeln in einem anderen schräg schraffierten Bereich 146 nahe der Innenseite und Außenseite des Gesichtsfeldes 42 werden durch Extrapolation berechnet.
In dem in 3 dargestellten Nachprozeß (310) werden die durch Radiographie einer Person (307-1, 307-2, ...) erhaltenen Bilder (308-1, 308-2, ...) einem Empfindlichkeitsungleichmäßigkeit-Korrekturprozeß unterzogen (303-1, 303-2, ...). Bei diesem Korrekturprozeß wird der Ungleichmäßigkeitskorrekturfaktor für jedes Pixel des Bildes einer Person aus der Ungleichmäßigkeitskorrekturfaktor-Tabelle erhalten. Der Pixelwert für die Person wird durch den Korrekturfaktor geteilt.
Danach wird der Geometrieverzerrung-Korrekturprozeß (305-1, 305-2, ...) ausgeführt. Bei diesem Korrekturprozeß wird der Koordinatenwert jedes Pixels des verzerrungskorrigierten Bildes mit dem entsprechenden Koordinatenwert eines Pixels des gemessenen Bildes unter Verwendung der Entsprechungsposition-Beziehungstabelle in Beziehung gesetzt. Der Wert des Pixels am entsprechenden Koordinatenwert wird als Bildschwärzegrad verwendet. Wie zuvor beschrieben, werden, da sich die Pixel eines verzerrungskorrigierten Bildes nicht alle in Übereinstimmung mit den Einzelpositionen des gemessenen Bildes befinden, die entsprechenden Koordinatenwerte aus benachbarten, bekannten Einzelpositionen durch Interpolations- und Extrapolationsberechnungen abgeschätzt. Für die Interpolations- und Extrapolationsberechnungen können die oben genannten Interpolationsverfahren verwendet werden.
Nach dem Bildkorrekturprozeß (320) wird ein Bildzusammensetzprozeß (330) ausgeführt. Im Bildzusammensetzprozeß 330 wird ein Vereinigungspunkt für die Bildzusammensetzung festgelegt (331-1, 331-2, ...), und danach werden die Koordinatensysteme so vereinigt, daß die Koordinatenwerte der Vereinigungspunkte miteinander übereinstimmen (332-1, 332-2, ...). Die Bilder werden dann zusammengesetzt (335), und der Bildpegel (Schwärzegrad) des Bildes nahe dem Vereinigungspunkt wird korrigiert (336). Durch den Ablauf des durch 3 veranschaulichten Algorithmus ist es möglich, ein zusammengesetztes Bild 337 aus mehreren Bildern einer Person zu erhalten, während verschiedene Korrekturen ausgeführt werden.
Die 5A und 5B veranschaulichen, wie ein Vereinigungspunkt festgelegt wird. In den 5A und 5B ist die Positionsbeziehung zwischen Gesichtsfeldern dargestellt, wie sie bei zwei Radiographiebelichtungen erhalten werden. Zwei Kreise 42 repräsentieren die Gesichtsfelder der Röntgendetektoreinheit in den verschiedenen Bilderstellungspositionen. 5A veranschaulicht ein Verfahren, bei dem als Bezugspunkt ein charakteristischer Punkt (wie eine Kante eines speziellen Knochens) an einer Person verwendet wird, der in beiden Röntgenbildern vorhanden ist. In 5A sind der erste bis fünfte Brustwirbel 43-1 43-5 sowie Rippen 44 dargestellt. Ein Kantenpunkt an diesen Knochen, z. B. an einem Wirbel, bei diesem Beispiel der Kantenpunkt am zweiten Wirbel, wie er durch einen massiven schwarzen Punkt gekennzeichnet ist, wird als Markierungspunkt 40 verwendet. 5B veranschaulicht ein Verfahren zum Verwenden von Markierungspunkten (40-1, 40-2), die zwei Röntgenbildern gemeinsam sind, als Markierungspunkte. Bei diesem Verfahren werden Markierungspunkte aus kreisförmigen Metallstücken an einer Person befestigt, wenn von dieser Bilder erstellt werden.
5C veranschaulicht ein Verfahren zum Erstellen von Bildern für eine Person 47 dadurch, daß eine Markierschablone 45 mit bekannter Durchlässigkeit und bekannten Positionen von Gitterpunkten, die als Vereinigungspunkte verwendbar sind, angebracht wird und als Bezugspunkte verschiedene Gitterpunkte verwendet werden wie Punkte (140-3, 140-4), die mit massiven schwarzen Kreisen gekennzeichnet sind. Durch dieses Verfahren ist es möglich, sowohl Bezugspunkte festzulegen als auch geometrische Verzerrungen zu korrigieren, der Gitterpunkte in den Bildern der Person.
Es ist bevorzugt, daß ein Bezugspunkt zum Bestimmen des Vereinigungspunktes in mehreren Röntgenbildern vorhanden ist. Das in diesem Fall verwendete Zusammensetzverfahren wird später unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Selbst wenn ein Bezugspunkt nur in einem Röntgenbild vorhanden ist, können mehrere Röntgenbilder zusammengesetzt werden, wenn bekannte Werte für die Bezugspunktkoordinaten in dem von der Person festgelegten Raum verwendet werden. Z. B. können im Fall der in 5C dargestellten Markierschablone 45 die Bilder dann zusammengesetzt werden, wenn die Koordinatenwerte der vier Gitterpunkte (46-1 bis 46-4), wie sie durch weiße, offene Kreise gekennzeichnet sind, bekannt sind.
Als Verfahren zum Zusammensetzen mehrerer digitaler Bilder kann z. B. ein Verfahren verwendet werden, wie es in JP-A-2-264372 offenbart ist. Gemäß diesem Verfahren werden zwei Punkte, die in mehreren digitalen Bildern jeweils abgebildet sind, erfaßt, die Bilder werden unter Verwendung einer Linie zusammengesetzt, die als Grenzlinie (Vereinigungslinie) für die zwei Bilder durch die zwei Punkte geht, und die mittlere Schwärzegradverteilung jedes Bildes wird berechnet, um den Schwärzegrad jedes Pixels zu korrigieren.
6 veranschaulicht ein Beispiel für ein Bildzusammensetzverfahren. In 6 sind zwei Bezugspunkte A und B gemeinsam in zwei Röntgenbildern R und L vorhanden. Wenn die Vereinigungspunkte im Bild L Punkte A1 und B1 sind und Vereinigungspunkte im Bild R Punkte A2 und B2 sind, entsprechen die Punkte A1 und A2 sowie B1 und B2 den Bezugspunkten A und B an denselben Stellen der Person.
Die Koordinatensysteme der zwei Bilder R und L werden da- durch vereinigt, daß dafür gesorgt wird, daß die Punkte A1 und A2 sowie die Punkte B1 und B2 jeweils zusammenfallen. Für die Koordinatentransformation wird eine affine Transformation verwendet, und es wird eine durch Interpolation und Extrapolation erhaltene Entsprechungspositios-Beziehungstabelle verwendet. Nach der Koordinatensystemtransformation werden die zwei Bilder so einander überlagert, daß die entsprechenden Vereinigungspunkte zusammenfallen. Als Vereinigungslinie wird eine mehreckige Linie CABD verwendet, wobei A der gemeinsame Punkt der Vereinigungspunkte A1 und A2 ist, B der gemeinsame Punkt der Vereinigungspunkte B1 und B2 ist und C und D die Überkreuzungspunkte der Außenränder der zwei Gesichtsfelder sind. Das linke Bild L links von der Vereini gungslinie und das rechte Bild R rechts von der Vereinigungslinie werden zusammengesetzt.
Im Allgemeinen wird eine mehreckige Linie, die zusammenfallende Vereinigungspunkte und Überkreuzungspunkte der Außenränder der Gesichtsfelder miteinander verbindet, als Vereinigungslinie verwendet, um Bilder zusammenzusetzen.
Nach der Bildzusammensetzung wird der Schwärzegrad (Bild wert) des Überlagerungsbereichs der Bilder L und R korrigiert, um die Diskontinuität des Schwärzegrades an den Vereinigungspunkten zu korrigieren. Die 7A bis 7E veranschaulichen ein Beispiel für eine Schwärzegradkorrektur. Der Pixelwert des Bildes L ist durch 1 repräsentiert und derjenige des Bildes R ist durch r repräsentiert. Bei dieser Erfindung verbleiben die Pixelwerte in einem Bereich, der nur in einem der zwei Bilder vorhanden ist, unverändert, und die Pixelwerte im Bereich, der in beiden Bildern enthalten ist, werden unter Verwendung eines Schwärzegrad-Korrekturfaktors korrigiert, der durch einen später zu beschreibenden Algorithmus berechnet wird. In 7A bezeichnen R und L zwei Bilder, und eine fette Mehrecklinie ist eine Vereinigungslinie (CABD) (siehe 6).
Die Schwärzegradkorrektur für eine Linie G (die mit der x-Achse zusammenfällt) wird durch 7B veranschaulicht. RD und LD sind Schwärzegradkurven für die Bilder R und L entlang der Linie G. Der Pixelwert der Vereinigungslinie erhält den Mittelwert der Pixelwerte der Bilder R und L auf der Linie. Die Pixelwerte nahe der Vereinigungslinie werden mit Korrekturfaktoren multipliziert, um den Übergang für die Pixelwerte in den Bildern R und L auf der Linie kontinuierlich zu machen. Wie in 7C dargestellt, werden Korrekturfaktoren (wie durch eine gestrichelte Linie RC1 und eine durchgezogene Linie LC1 für die Bilder R und L repräsen tiert) linear so verändert, daß die Pixelwerte für die Bilder R und L entlang der Vereinigungslinie kontinuierlich sind. Die Korrekturfaktoren werden für jede Linie (in X-Richtung) berechnet.
Es wird nun ein Beispiel für die Bestimmung von Korrekturfaktoren beschrieben. Die Pixelwerte auf der Vereinigungslinie werden auf den arithmetischen Mittelwert des Pixelwerts (1) des Bildes L und des Pixelwerts (r) des Bildes R gesetzt. Die Korrekturgröße m (siehe 7B) auf der Vereinigungslinie wird aus der folgenden Gleichung (4) berechnet. Die Position entlang der Linie G wird in Y-Richtung verändert, um aus Gleichung (4) den arithmetischen Mittelwert für eine neue Linie zu erhalten: m = (1 – r)/2 (4).
Die Korrekturgröße m ändert sich in vertikaler Richtung (Y-Richtung) diskontinuierlich. Genauer gesagt, werden, wie dies in 7D dargestellt ist, Korrekturfaktoren (mit einer durchgezogenen Linie LC2 und einer gestrichelten Linie RC2 repräsentiert), wie sie aus der Korrekturgröße m auf der Vereinigungslinie für jeden Punkt berechnet werden, in vertikaler Richtung diskontinuierlich. Im Ergebnis wird, wenn die Dichtekorrektur unter Verwendung dieser Korrekturfaktoren ausgeführt wird, die Dichte der korrigierten Bilder in vertikaler Richtung diskontinuierlich, obwohl sie in horizontaler Richtung (X-Richtung) kontinuierlich ist. Um Korrekturfaktoren zu erhalten, die auch in vertikaler Richtung kontinuierlich sind, wird die folgende Korrekturgröße m' auf der Vereinigungslinie verwendet, die durch die folgende Gleichung (5) gegeben ist:
wobei i die Pixelposition in X-Richtung und j die Pixelposition in Y-Richtung repräsentiert.
Die Korrekturgröße m' ist der Mittelwert der durch die Gleichung (4) gegebenen Korrekturgrößen m in einem Fenster, das durch p Pixel in horizontaler Richtung (X-Richtung) und durch q Pixel in vertikaler Richtung (Y-Richtung) gegeben ist.
Wie in 7E dargestellt, werden Korrekturfaktoren (durchgezogene Linie LC3 und gestrichelte Linie RC3), die so berechnet sind, daß die Korrekturgrößen m' auf der Vereinigungslinie entsprechen, auch in vertikaler Richtung kontinuierlich. Wenn die Schwärzegradkorrektur unter Verwendung dieser Korrekturfaktoren ausgeführt wird, wird der Schwärzegrad im korrigierten Bild sowohl in der horizontalen Richtung (X-Richtung) als auch in der verikalen Richtung (Y-Richtung) jeder Linie kontinuierlich.
Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel überdeckt das Eingangs-Gesichtsfeld des Röntgenbildverstärkers einen Lungenflügel und den Mediastinalraum, und der gesamte Brustbereich kann durch zwei Radiographiebelichtungen überdeckt werden, wodurch die Zeit minimiert wird, die zur Bilderstellung für die Person und zur Verarbeitung von Bilddaten erforderlich ist.
Die Form des Gesichtsfeldes eines zusammengesetzten Bildes, wie es von einem Brustbereich-Röntgenbilderstellungssystem erhalten wird, ist vorzugweise ein Rechteck, oder es hat eine rechteckähnliche Form. Die Bilderstellungszeit beträgt vorzugsweise 2 Sekunden oder weniger, um die Bewegung des Brustbereichs bei angehaltener Atmung zu minimieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Eingangs-Gesichtsfeld des Röntgenbildverstärkers ein Kreis mit einem Durchmesser von ungefähr 30 bis 45 cm. Der relative zeitliche Bewegungsweg des Röntgenbildverstärkers zwischen zwei Radiographiebelichtungen beträgt ungefähr eine Sekunde für den Durchmesser des Eingangs-Gesichtsfelds. Die Form des zusammengesetzten Bildes ist ein Rechteck mit einer Seitenlänge, die ungefähr das 3/2-fache des Durchmessers des Eingangs-Gesichtsfelds ist, was für ein ausreichendes Gesichtsfeld von 35 cm im Quadrat sorgt, wie es für Brustbereichdiagnose erforderlich ist. Die Bilderstellungszeit beträgt ungefähr 0,5 s oder weniger, was für praktische Verwendung geschickt ist.
Beim vorigen Ausführungsbeispiel verstellt der Positionsänderungsmechanismus die Röntgendetektoreinheit zwischen aufeinanderfolgenden Radiographiebelichtungen horizontal. Dies ist zur Bilderstellung des Brustbereichs einer Person geeignet, die steht, wie auch für Verstellung einer schweren Röntgendetektoreinheit unter Verwendung einer einfachen Struktur des Mechanismus.
Als Bahnlinie für die Röntgendetektoreinheit zwischen zwei Radiographiebelichtungen kann eine Kreisbahn 80, wie sie in 8 durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnet ist, wie auch eine gerade Bahnlinie verwendet werden. In 8 repräsentieren Bezugsziffern 85 zwei Abbildungsmittelpunkte. Der Positionsänderungsmechanimus für eine gerade Bahnlinie erfordert eine Bewegung in entgegengesetzten Richtungen. Ein Positionsänderungsmechanismus für eine kreisförmige Bahnlinie erfordert keine Bewegung in entgegengesetzten Richtungen, so daß die Struktur des Mechanismus vereinfacht sein kann.
Wenn ein kleiner Röntgenbildverstärker von ungefähr 30 cm (ungefähr 12 Zoll) verwendet wird, beträgt die Anzahl von Brustbereich-Radiographiebelichtungen vorzugsweise vier. In diesem Fall ist es von Vorteil, den Abbildungsmittelpunkt der Röntgendetektoreinheit entlang der durch die durchgezogene Linie in 9 gekennzeichneten kreisförmigen Bahnlinie so zu verstellen, daß ein quadratisches Gesichtsfeld erhalten wird.
10 ist eine Draufsicht, die die Struktur eines Röntgenbilderstellungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Beim Röntgenbilderstellungssystem dieses Ausführungsbeispiels sind die Positionen der Röntgenstrahlquelle 3 und einer Person 17 festgelegt. Wenn von der Person 17 ein Bild erstellt wird, bewegt sich die Röntgendetektoreinheit 16 entlang einem Kreisbogen, der die Röntgenstrahlquelle 3 zum Mittelpunkt hat, wobei die Röntgendetektoreinheit 16 immer rechtwinklig zur Verbindungslinie zwischen ihr und der Röntgenstrahlquelle 3 steht.
Anstatt eines Mechanismus zum Bewegen der Röntgendetektoreinheit auf die vorstehende Weise entlang einer Kreisbogenlinie kann auch ein anderer Positionsänderungsmechanismus verwendet werden, bei dem ein lineares Positionsänderungssystem zum linearen Bewegen der Mitte der Röntgeneintrittsebene der Röntgendetektoreinheit 16 in vorgegebene Bilderstellungspositionen sowie ein Drehsystem zum Verdrehen der Röntgendetektoreinheit 16 auf einem Gestell angeordnet sind, das sich um eine Drehachse dreht und die Einheit 16 zur Röntgenstrahlquelle 3 hin ausrichtet. In diesem Fall ist die Hauptbewegung eine lineare Bewegung, so daß die Röntgendetektoreinheit 16 mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden kann.
Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel sind die Positionen der Röntgenstrahlquelle 3 und der Person 17 festgelegt. Stattdessen kann die Röntgenstrahlquelle 3 zu jedem Belichtungszeitpunkt zur Mitte der Röntgendetektoreinheit 16 hin ausgerichtet werden. In diesem Fall kann die Röntgenintensitätsverteilung konstant gehalten werden, was es erlaubt, den Brennpunkt klein und die Auflösung hoch einzustellen.
Zum Ändern der Relativposition zwischen der Röntgendetektoreinheit und einer Person kann die Position der Person 17 verändert werden, anstatt daß die Röntgendetektoreinheit 16 verstellt wird. In diesem Fall sind, wie dies in 11 dargestellt ist, die Röntgenstrahlquelle 3 und die Röntgendetektoreinheit 16 feststehend so angeordnet, daß die Röntgeneingangsebene der Röntgendetektoreinheit rechtwinklig zu der Linie steht, die die Röntgenquelle mit der Röntgendetektoreinheit verbindet. Wenn mit Hilfe der Röntgenstrahlquelle 3 eine Bilderstellung erfolgt, wird die Person 17 so bewegt, daß die genannte Verbindungslinie immer durch die Person hindurchgeht, wobei die Person ihre Haltung rechtwinklig zur Verbindungslinie beibehält. Wenn nur die Person bewegt wird, führt dies zu keinerlei Schwingung der Röntgendetektoreinheit, was nachteilige Auswirkungen von Schwingungsstörungen beseitigt.
Zusätzlich zu den vorstehend genannten Verfahren der Bilderstellung für mehrere unterteilte Bilderstellungs-Zielbereiche durch Verändern der Relativposition zwischen der Röntgendetektoreinheit und einer Person können sowohl die Röntgendetektoreinheit als auch die Person gleichzeitig oder zeitlich aufeinanderfolgend bewegt werden.
Ein Verfahren, bei dem sowohl die Röntgendetektoreinheit als auch die Person bewegt werden, führt zum Vorteil, daß die Zeit zum Bewegen derselben verkürzt ist. Wenn die Relativposition zwischen der Röntgendetektoreinheit und der Person während der Röntgenbestrahlung selbst verändert wird, kann der Positionsänderungsmechanismus vereinfacht werden.
Bei einer höchstgenauen Kamera, die eine Bildaufnahmeröhre verwendet, ist die Auflösung in horizontaler Richtung der Abtastlinien im allgemeinen geringer als in der vertikalen Richtung. Wenn eine Röntgenabsorptionsplatte, die das Röntgengitter bildet, vertikal zur Horizontalrichtung der Abrasterlinien der Bildaufnahmeröhre steht, wird daher das Bild der Röntgenabsorptionsplatte, d. h. das Gittermuster, auf dem Bild der Person unscharf, so daß die Diagnose durch Betrachtung des Bildes der Person nicht gestört wird.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde für die Röntgendetektoreinheit ein Röntgenbild-II-TV-System unter Verwendung eines Röntgenverstärkers und einer Fernsehkamera mit einer Bildaufnahmeröhre verwendet. Dieses System ist technisch am weitesten entwickelt und wird derzeit in großem Umfang für Echtzeit-Röntgenbilderstellungssysteme verwendet. Bei diesem System kann eine höchstgenaue Kamera mit 2100 oder 4200 Abtastlinien verwendet werden, was es ermöglicht, relativ einfach ein hochauflösendes Röntgenbild zu erstellen.
Auch ist mit diesem System Röntgenfluoreszenz-Bilderstellung möglich, was einfache Bilderstellungs-Positionierausrichtung ermöglicht. Da das Bild in Echtzeit gelesen werden kann, kann die nächste Bilderzeugung direkt gestartet werden, nachdem die Röntgendetektoreinheit 16 in die nächste Bilderstellungsposition verstellt ist, und es kann auch kontinuierliche Bilderstellung ausgeführt werden.
Wenn die Horizontalrichtung der Abtastzeilen einer Bildaufnahmeröhre, die als Bildaufnahmelement einer Fernsehkamera verwendet wird, parallel zur Bewegung der Röntgendetektor einheit ausgerichtet wird, die mehrere Bilder einer Person aufnimmt, kann die Positionsausrichtung der mehreren Bilder der Person dadurch erzielt werden, daß lediglich parallele Positionsänderungen zwischen mehreren Bildern vorgenommen werden. Daher kann die Berechnung zum Erzeugen eines zusammengesetzten Bildes vereinfacht werden, und die zum Erhalten des zusammengesetzten Bildes aus mehreren Bildern einer Person erforderliche Zeit kann verkürzt werden.
Statt einer Bildaufnahmeröhre kann ein CCD-Bildaufnahme-Bauelement für die Fernsehkamera verwendet werden, bei dem die Anordnungsrichtung der CCD-Elemente parallel zur Richtung der Verstellung der Röntgendetektoreinheit zum Aufnehmen mehrerer Bilder einer Person ist. Wenn eine Kamera unter Verwendung einer Bildaufnahmeröhre während der Ausleseabrasterung mechanisch in Schwingung versetzt ist, können Störsignale durch die Eigenschwingungen der Elektroden der Bildaufnahmeröhre erzeugt werden, was zu möglichen Fehlern führt. Nachdem die mechanische Schwingung aufgehört hat, erfordert es eine bestimmte anschließende Zeitspanne, um Störsignale auszudämpfen. Im Fall eines CCD-Elements, das ein Festkörperelement ist, werden durch mechanische Schwingungen kaum Störsignale erzeugt. Daher ist es möglich, das Lesen eines Bildes und die Bewegung der Röntgendetektoreinheit gleichzeitig nach der Röntgenbestrahlung auszuführen und die nächste Bilderstellung direkt nach der Verstellung der Röntgendetektoreinheit auszuführen. Infolgedessen können mehrere Röntgenbilder, wie sie zum Herstellen eines zusammengesetzten Bildes verwendet werden, mit hoher Geschwindigkeit erhalten werden, was den Einfluß von Bewegungen einer Person während der Zeitspanne verringert, in der die Röntgendetektoreinheit verstellt wird.
Für die Röntgendetektoreinheit kann nicht nur eine Kombination aus einem Röntgenbildverstärker und einer Fernsehkamera verwendet werden, sondern auch eine Kombination aus einer Leuchtstoffplatte und einer Fernsehkamera. Im letzteren Fall sind die geometrische Verzerrung und die Ungleichmäßigkeit der Empfindlichkeit bei kleinen Raumfrequenzen eines Bildes auf der Leuchtstoffplatte kleiner als bei einem Röntgenbildverstärker, was es erlaubt, daß Bilder einfacher korrigiert und zusammengesetzt werden können. Jedoch ist die Empfindlichkeit einer hochauflösenden Leuchtstoffplatte kleiner als diejenige eines Röntgenbildverstärkers, so daß als Fernsehkamera eine hochempfindliche Bilderstellungseinrichtung verwendet wird wie eine Bildaufnahmeröhre höchster Empfindlichkeit unter Verwendung eines Lawineneffekts oder eine Bilderstellungsvorrichtung mit extrem wenig Störsignalen wie ein gekühltes CCD-Bauelement.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Brustbereichradiographie beschränkt, sondern sie kann auf andere große Organe wie den Grimmdarm einer Person mit großem Körper angewandt werden. Ein Angiogramm des gesamten Körpers kann dadurch hergestellt werden, daß Vereinigungsbereiche mehrerer Bilder gleichmäßig miteinander verbunden werden, um eine geeignete Diagnose von Blutgefäßen nahe den Vereinigungsbereichen vornehmen zu können.
Das erfindungsgemäße digitale Röntgenbilderstellungssystem kann verschiedene Bilderstellungsverfahren verwenden, wie sie für herkömmliche Röntgenbilderstellungssysteme zur Verfügung stehen, wodurch die Anwendbarkeit der Erfindung erweitert wird. Z. B. kann ein Bild mit größerem Gesichtsfeld und größerer Genauigkeit als bei einem herkömmlichen System unter Verwendung eines Tomographieverfahrens, eines vergrößernden Bilderstellungsverfahrens oder eines Stereo-Bilderstellungsverfahrens erhalten werden.

Claims

Digitales Röntgenbilderstellungssystem mit: einer Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung (3); einer Röntgenstrahlgenerator-Steuereinrichtung (2) zum Steuern der Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung; einer Röntgendetektoreinrichtung (16) zum Erfassen eines durch eine Person (17) hindurchgestrahlten Röntgenstrahls, welche Einrichtung ein Röntgengitter (6) zum Abschirmen gestreuter Röntgenstrahlen aufweist; einer Ausgangssignal-Verarbeitungseinrichtung (11) zum Erfassen des Signals von der Röntgendetektoreinrichtung und zum Verarbeiten des Signals, um ein digitales Röntgenbild der von der Röntgenstrahlung durchstrahlten Person zu erhalten; einer Anzeigeeinrichtung (12) zum Darstellen eines Bildes betreffend die Person, wie es von der Signalverarbeitungseinrichtung erhalten wird; einer Positionsänderungseinrichtung (14) zum Verändern der Relativposition zwischen der Röntgendetektoreinrichtung und der Person; einer Positionsänderungs-Steuereinrichtung (15) zum Steuern der Positionsänderungseinrichtung; und einer Bildfolge-Steuereinrichtung (1) zum Steuern der Positionsänderungs-Steuereinrichtung und der Röntgenstrahlgenerator-Steuereinrichtung; wobei die Bildfolge-Steuereinrichtung eine solche Steuerung vornimmt, daß sie mehrere Bilderstellungsgesichtsfelder so einstellt, daß jeder von mehreren interessierenden Bereichen der Person im Wesentlichen im zentralen Bereich der Röntgenerfassungsebene der Röntgendetektoreinrichtung liegt, wobei die Röntgenerfassungsebene die Einfallsebene der durchgestrahlten Röntgenstrahlen ist, und so, daß mindestens ein Bilderstellungsgesichtsfeld so eingestellt ist, daß es einen Zwischenbereich zwischen den mehreren interessierenden Bilderstellungsbereichen enthält.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignal-Verarbeitungseinrichtung (11) eine Bildzusammensetzeinrichtung ist zum Zusammensetzen mehrerer digitaler Röntgenbilder für die mehreren Bilderstellungsgesichtsfelder nach Korrektur von Empfindlichkeitsungleichmäßigkeiten und geometrischer Verzerrungen der mehreren digitalen Röntgenbilder, wie sie durch die Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung und die Röntgendetektoreinrichtung hervorgerufen werden.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsänderungseinrichtung (14) ferner eine Dreheinrichtung zum Verdrehen der Röntgendetektoreinrichtung (16) aufweist, die auf einem Gestell mit Drehachse angeordnet ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsänderungseinrichtung (14) ferner eine Parallelpositions-Änderungseinrichtung aufweist, um die Röntgendetektoreinrichtung (16) parallel zu verstellen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich, der für die Gitterfunktion des Röntgengitters (6) sorgt, einen solchen Bereich aufweist, der die Röntgenerfassungsebene der Röntgendetektoreinrichtung (16) überdeckt, und daß die Längsrichtung einer das Röntgengitter bildenden Röntgenstrahl-Absorptionsplatte rechtwinklig zur Richtung der Abtastlinien einer Bildaufnahmeröhre der Bilderzeugungseinrichtung einer Fernsehkamera steht, die die Röntgendetektoreinrichtung (16) bildet.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahl-Einfallsebene der Röntgendetektoreinrichtung (16), die nicht von demjenigen Bereich abgedeckt wird, der für die Gitterfunktion des Röntgengitters (6) sorgt, aus einem Röntgenstrahlen-Abschirmmaterial besteht.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung einen Röntgenstrahlspalt (5) aufweist und sich die Öffnung des Röntgenstrahlspaltes in derselben Richtung bewegt, in der die Röntgendetektoreinrichtung verstellt wird.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung (3) eine mit einem Röntgenstrahlspalt versehene Röntgenröhre ist, und daß bei der Bilderstellung in den mehreren Bilderstellungsgesichtsfeldern die Positionsänderungseinrichtung (14) die Röntgenröhre und den Röntgenstrahlspalt so verstellt, daß die Richtungen der Röntgenröhre und des Röntgenstrahlspalts in Bezug auf die Röntgendetektoreinrichtung (16) miteinander übereinstimmen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgendetektoreinrichtung (16) einen Röntgenbildverstärker, eine Fernsehkamera und ein optisches System aufweist, das den Röntgenbildverstärker und die Fernsehkamera koppelt.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildaufnahmeröhre als Bilderzeugungsvorrichtung der Fernsehkamera verwendet ist und daß die Richtung der Abtastlinien der Bildaufnahmeröhre parallel zur Verstellrichtung der Röntgendetektoreinrichtung (16) ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein CCD-Bauelement als Bilderzeugungselement der Fernsehkamera verwendet ist und die Pixelanordnung im CCD-Bauelement paral lel zur Verstellrichtung der Röntgendetektoreinrichtung (16) ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilderstellungsgesichtsfeld eines die Röntgendetektoreinrichtung (16) bildenden Röntgenbildverstärkers eine Größe aufweist, die einen Lungenflügel und den Mediastinalraum der Person überdeckt, und daß durch zwei radiographische Belichtungen für den rechten Lungenflügel und den Mediastinalraum und für den linken Lungenflügel und den Mediastinalraum ein zusammengesetztes Bild erzeugt wird, das beide Lungenflügel und den Mediastinalraum der Person enthält.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahl-Einfallsebene des Röntgenbildverstärkers die Form eines Kreises aufweist, wobei der Verstellweg für die Röntgendetektoreinrichtung (16), wie er für die zwei radiographischen Belichtungen erforderlich ist, ungefähr 1/2 des Durchmessers des Kreises beträgt, und daß das zusammengesetzte Bild ein quadratisches Gesichtsfeld mit einer Seitenlänge von ungefähr dem 3/2-fachen des Durchmessers des Kreises aufweist.
Röntgenbilderstellungsverfahren, bei dem ein Röntgenstrahl von einer Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung (3) auf eine Person (17) abgestrahlt wird, das durch die Person hindurchgestrahlte Röntgenstrahlbündel durch ein Röntgengitter (6) geführt wird, um gestreute Röntgenstrahlen auszublenden, die durch das Röntgengitter hindurchgeführten Röntgenstrahlen von einer Röntgendetektoreinrichtung (16) erfaßt werden, ein von der Röntgendetektoreinrichtung erfaßtes Signal gewonnen wird und ein digitales Signal erarbeitet wird, das die durch die Person hindurchgestrahlte Röntgenstrahlung repräsentiert, wobei ein digitales Röntgenbild erhalten wird, mit den folgenden Schritten: Vornehmen einer Einstellung für mehrere Bilderstellungsgesichtsfelder der Person, um Bildzielbereiche der Person zu mehreren Zeitpunkten mit unterteilten Bildern aufzunehmen; Ändern der Relativposition zwischen der Röntgendetektoreinrichtung und der Person; Vornehmen einer Einstellung für jedes der mehreren Bilderstellungsgesichtsfelder durch Einstellen jedes interessierenden Bereichs der Person im Wesentlichen auf den zentralen Bereich einer Röntgenerfassungsebene der Röntgendetektoreinrichtung, wobei die Röntgendetektorebene die Einfallsebene der durchgestrahlten Röntgenstrahlen ist, und durch Einstellen mindestens eines Bilderstellungsgesichtsfeldes so, daß es einen Zwischenbereich zwischen den mehreren interessierenden Bereichen enthält; Erstellen eines digitalen Röntgenbildes durch Zusammensetzen mindestens zweier der digitalen Röntgenbilder der mehreren Bilderstellungsgesichtsfelder; und Darstellen mindestens eines zusammengesetzten digitalen Röntgenbilds.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt des Korrigierens von Empfindlichkeitsungleichmäßigkeiten und geometrischer Verzerrungen der mehreren digitalen Röntgenbilder, wie sie durch die Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung und die Röntgendetektoreinrichtung hervorgerufen werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verstellens der Röntgendetektoreinrichtung einen Schritt des Verstellens der Röntgenerfassungsebene der Röntgendetektoreinrichtung auf einer geraden Bahnlinie in einer die Röntgenerfassungsebene enthaltenden Ebene aufweist, während Bilder für die mehreren Bilderstellungsgesichtsfelder erstellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verstellens der Röntgendetektoreinrichtung einen Schritt des Verstellens der Röntgenerfassungsebene der Röntgendetektoreinrichtung auf einer kreisförmigen Bahnlinie in einer die Röntgenerfassungsebene enthaltenden Ebene aufweist, während Bilder mit den mehreren Bilderstellungsgesichtsfeldern erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt des Verstellens der Röntgendetektoreinrichtung die Abstände zwischen der Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung und der Person sowie zwischen der Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung und dem Zentrum der Röntgenerfassungsebene der Röntgendetektoreinrichtung konstant gehalten werden und währenddessen die Röntgenerfassungsebene rechtwinklig zu einer Linie eingestellt wird, die durch das Zentrum der Röntgenerfassungsebene und die Röntgenstrahl-Emissionsposition der Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung geht.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verstellens der Röntgendetektoreinrichtung einen Schritt des Verdrehens der auf einem Gestell mit Drehachse angebrachten Röntgendetektoreinrichtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verstellens der Röntgendetektoreinrichtung einen Schritt des Verstellens der auf einem Gestell mit Drehachse angebrachten Röntgendetektoreinrichtung und einen Schritt einer Parallelverstellung der Röntgendetektoreinrichtung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, ferner mit: einem Vorprozeßschritt (300) zum Erzeugen einer Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrekturfaktortabelle die zum Korrigieren einer durch die Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung und die Röntgendetektoreinrichtung hervorgerufenen Empfindlichkeitsungleichmäßigkeit verwendet wird, und einer Entsprechungspositions-Beziehungstabelle, die zum Korrigieren geometrischer Verzerrungen verwendet wird, wie sie durch die Röntgenstrahlgeneratoreinrichtung und die Röntgendetektoreinrichtung hervorgerufen werden, und zwar vor der Bilderstellung für die Person; einen Nachprozeßschritt (310) zum Korrigieren digitaler Röntgenbilddaten der Person, wie sie durch Bilderstellung mit den Gesichtsfeldern für die Person erhalten werden; und einen Schritt, bei dem die Daten mehrerer digitaler Röntgenbilder, die durch Bilderstellung mit mehreren Bilderstellungsgesichtsfeldern erhalten wurden, einer Empfindlichkeitsungleichmäßigkeitskorrektur (303) und einer Geometrieverzerrungskorrektur (305) unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner mit folgenden Schritten: Erzeugen der Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrekturfaktortabelle aus digitalen Röntgenbilddaten, die durch Bilderstellung für eine Schablone mit gleichmäßiger Röntgendurchlässigkeit in einer Richtung erhalten werden; und Erzeugen der Entsprechungspositions-Beziehungstabelle aus digitalen Röntgenbilddaten, wie sie durch Bilderstellung für eine Schablone mit mehreren Elementen mit bekannten Positionsbeziehungen erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Ausführen der Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrektur für die durch Bilderstellung mit dem Gesichtsfeld für die Person erhaltenen digitalen Röntgenbilddaten dadurch, daß ein Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrekturfaktor für jede Pixelposition der digitalen Röntgenbilddaten aus der Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrekturfaktortabelle erhalten wird; und Ausführen der Geometrieverzerrungskorrektur für jede Pixelposition der digitalen Röntgenbilddaten unter Verwendung der Entsprechungspositions-Beziehungstabelle.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusammensetzen der mehreren digitalen Röntgenbilder für die mehreren Bilderstellungsgesichtsfelder Vereinigungspunkte bestimmt werden (331), in denen die mehreren digitalen Röntgenbilder zusammengesetzt werden, die Koordinatensysteme der mehreren digitalen Röntgenbilder vereinigt werden (332) und das erhaltene zusammengesetzte Bild nahe dem Vereinigungsbereich einer Schwärzegradkorrektur unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Anbringen einer Markierung an der Person vor der Bilderstellung für die mehreren Bilderstellungsgesichtsfelder; und Bestimmen (331), beim Zusammensetzen der mehreren digitalen Röntgenbilder für die mehreren Bilderstellungsgesichtsfelder, von Vereinigungspunkten, in denen die mehreren digitalen Röntgenbilder zusammengesetzt werden, unter Bezugnahme auf eine gemeinsam in den mehreren digitalen Röntgenbildern vorhandene Markierung, Vereinigen (332) der Koordinatensysteme für die mehreren digitalen Röntgenbilder, und Unterwerfen des erhaltenen zusammengesetzten Bildes einer Schwärzegradkorrektur nahe dem Vereinigungsbereich.
Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erzeugen einer Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrekturfaktortabelle aus digitalen Röntgenbilddaten, die durch Abbilden einer Schablone mit gleichmäßiger Röntgenstrahldurchlässigkeit in einer Richtung erhalten wurden; Erzeugen der Entsprechungspositions-Beziehungstabelle durch Bilderstellung für die Person, an der eine Markierschablone angebracht ist, die mehrere Elemente mit vorgegebenen Durchlässigkeiten und Positionsbeziehungen aufweist, und durch Messen der geometrischen Verzerrungen des erhaltenen digitalen Röntgenbilds aus den Positionsbeziehungen zwischen den vorgegebenen Elementen der Markierschablone; Ausführen der Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrektur für die durch Bilderstellung mit dem Gesichtsfeld für die Person erhaltenen digitalen Röntgenbilddaten dadurch, daß ein Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrekturfaktor für jede Pixelposition der digitalen Röntgenbilddaten aus der Empfindlichkeitsungleichmäßigkeits-Korrekturfaktortabelle erhalten wird; und Ausführen der Geometrieverzerrungskorrektur für jede Pixelposition der digitalen Röntgenbilddaten unter Verwendung der Entsprechungspositions-Beziehungstabelle; Bestimmen, beim Zusammensetzen der mehreren digitalen Röntgenbilder für die mehreren Bilderstellungsgesichtsfelder, von Vereinigungspunkten (331), in denen die mehreren digitalen Röntgenbilder zusammengesetzt werden, Vereinigen (332) der Koordinatensysteme der mehreren digitalen Röntgenbilder und Vornehmen einer Schwärzegradkorrektur am erhaltenen zusammengesetzten Bild nahe dem Vereinigungsbereich.